YAPAY MANYETİK İLETKEN TOPRAK YÜZEYLİ GENİŞBANT MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI. YÜKSEK LİSANS TEZİ Mustafa ÇEKİNGEN

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "YAPAY MANYETİK İLETKEN TOPRAK YÜZEYLİ GENİŞBANT MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI. YÜKSEK LİSANS TEZİ Mustafa ÇEKİNGEN"

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YAPAY MANYETİK İLETKEN TOPRAK YÜZEYLİ GENİŞBANT MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ Mustafa ÇEKİNGEN Anabilim Dalı : Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Programı : Telekomünikasyon Mühendisliği HAZİRAN 2011

2

3 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YAPAY MANYETİK İLETKEN TOPRAK YÜZEYLİ GENİŞBANT MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ Mustafa ÇEKİNGEN ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 06 Mayıs 2011 Tezin Savunulduğu Tarih : 14 Haziran 2011 Tez Danışmanı : Doç. Dr. Cevdet IŞIK (İTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Özcan KALENDERLİ (İTÜ) Prof. Dr. Sedef KENT (İTU) HAZİRAN 2011

4

5 iii Aileme ve tüm sevdiklerime,

6 iv

7 ÖNSÖZ En başta yüksek lisans eğitimim boyunca bana yardımcı olan ve desteğini esirgemeyen herkese teşekkür ederim. Bu yüksek lisans tez çalışması süresince bilgi ve tecrübesi ile beni hedefim doğrultusunda yönlendiren ve karşılaştığım zorlukları aşmamda bana yardımcı olan değerli danışman hocam Doç. Dr. Cevdet IŞIK a teşekkür ederim. Laboratuvar ölçümlerinin gerçekleştirilmesinde yardımlarını esirgemeyen Doç. Dr. Bahattin Türetken e teşekkür ederim. Bugünlere gelmemde en büyük paya sahip olan ve beni her zaman destekleyen aileme, yoğun iş tempomuza rağmen bana her zaman yardımcı ve destek olan NETAŞ taki değerli çalışma arkadaşlarıma teşekkür ederim. Yüksek lisans eğitimim boyunca maddi destekte bulunan TÜBİTAK a teşekkür ederim. Mayıs 2011 Mustafa ÇEKİNGEN Elektronik ve Haberleşme Mühendisi v

8 vi

9 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ... v İÇİNDEKİLER... vii KISALTMALAR... ix ÇİZELGE LİSTESİ... xi ŞEKİL LİSTESİ... xiii ÖZET... xv SUMMARY... xvii 1. GİRİŞ Tezin Amacı Teze Genel Bakış ANTENLER VE ÖZELLİKLERİ Anten Anten Özellikleri Antenlerin eşdeğer devre ile gösterimi Anten alan bölgeleri Temel anten parametreleri Işıma paterni Anten polarizasyonu Bant genişliği Etkin anten uzunluğu Anten faktörü Yönlendiricilik Yönlendiricilik kazancı Işıma güç yoğunluğu Işıma şiddeti Kazanç Anten ışıma direnci Anten ışıma verimliliği Etkin anten açıklığı Açısal ışıma açıklığı (Huzme genişliği) Anten yansıma katsayısı Anten giriş empedansı Gerilim duran dalga oranı (VSWR) Anten geri dönüş kaybı Anten kayıp faktörü Işıma İçin Gerekli Koşullar Anten Türleri Tel antenler Doğrusal tel antenler Eğrisel tel antenler vii

10 2.4.2 Açıklık antenler Mikroşerit antenler Dizi antenler MİKROŞERİT ANTENLER Giriş Mikroşerit Antenlerde Işıma Oluşumu Mikroşerit Anten Çeşitleri Mikroşerit yama antenler Mikroşerit boşluk antenler Mikroşerit yürüyen dalga antenler Mikroşerit halka antenler Mikroşerit monopol antenler Mikroşerit Antenlerin Besleme Çeşitleri Mikroşerit besleme Koaksiyel besleme Açıklık kuplajlı besleme Yakınlık kuplajlı besleme Mikroşerit Antenlerin Analiz Yöntemleri İletim hat modeli Zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi Sonlu elemanlar yöntemi Mikroşerit Antenlerin Avantajları, Dezavantajları ve Uygulama Alanları HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİ VE METAMALZEMELER Kablosuz Haberleşme Teknolojileri Birinci nesil (1G) haberleşme teknolojisi NMT Nordic mobil telefon AMPS İleri mobil telefon sistemi CDPD Hücresel sayısal paket data İkinci nesil (2G) haberleşme teknolojisi GSM Üçüncü nesil (3G) haberleşme teknolojisi kablosuz ağ standartları b standartı ve özellikleri a standartı ve özellikleri g standartı ve özellikleri Metamalzemeler Yapay manyetik iletkenler (Artificial magnetic conductor - AMC) ANTEN TASARIMI VE ANALİZİ Ansoft HFSS Paket Programı Geniş Bantlı Mikroşerit Monopol Anten Tasarımı Mikroşerit monopol anten tasarımındaki temel parametreler Geleneksel dairesel monopol anten tasarımı Yapay manyetik iletken toprak yüzeyli dairesel monopol anten tasarımı SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ viii

11 KISALTMALAR GSM : Global System for Mobil Communication UMTS : Univeral Mobil Telecommunication System ISM : Industrial Scientific Medical 1G : First Generation 2G : Second Generation 3G : Third Generation 4G : Fourth Generation ITU : International Telecommunication Union ANSI : American National Standards Institute 3GPP : Third Generation Partnership Project ARP : Auto Radio Puhelin MTSD : Mobil Telephony System D IMT : International Mobile Telecommunication RF : Radio Frequency WiFi : Wireless Fidelity PTFE : Poly Tetra Fluoro Ethylene FR-4 : Flame Resistant - 4 TE : Transverse Electric TEM : Transverse Electric and Magnetic FEM : Finite Element Method TLM : Transmission Line Method MoM : Method of Moments NMT : Nordic Mobile Telephone AMPS : Advanced Mobile Phone System CDPD : Cellular Digital Packet Data ISDN : Integrated Services Digital Network HSCSD : High Speed Circuit Switched Data GPRS : General Packet Radio Service EDGE : Enhanced Data Rates for Global Evolution FDMA : Frequency Division Multiple Access CDMA : Code Division Multiple Access WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access GMSK : Gaussian Modulation Shift Keyying 8PSK : 8 Phase Shift Keyying WLAN : Wireless Local Area Network AMC : Artificial Magnetic Conductor PEC : Perfect Electric Conductor EBG : Electromagnetic Band Gap FSS : Frequency Selective Surface HIS : High Impedance Surface ix

12 x

13 ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa Çizelge 5.1 : Önceki tasarımla aynı ölçülerdeki antenin diğer boyutsal değerleri Çizelge 5.2 : Boyutları küçültülmüş antenin boyutsal değerleri Çizelge 5.3 : Optimize edilmiş antenin boyutsal değerleri xi

14 xii

15 ŞEKİL LİSTESİ xiii Sayfa Şekil 2.1 : Anten yapısı Şekil 2.2 : Elektrik alan yayılımı Şekil 2.3 : Verici antenin devre eşdeğeri Şekil 2.4 : Alıcı antenin devre eşdeğeri Şekil 2.5 : Anten alan bölgeleri Şekil 2.6 : Işıma paterni Şekil 2.7 : Anten pozisyonuna göre polarizasyon Şekil 2.8 : Bant genişliği Şekil 2.9 : Anten empedans dağılımı Şekil 2.10 : Anten ışıma oluşumu Şekil 3.1 : Mikroşerit antenin genel yapısı Şekil 3.2 : Mikroşerit antende ışıma oluşumu Şekil 3.3 : Mikroşerit yama anten tipleri Şekil 3.4 : Mikroşerit beslemeli mikroşerit boşluk anten yapısı Şekil 3.5 : Mikroşerit yürüyen dalga anten türleri Şekil 3.6 : Çift T şekilli mikroşerit monopol anten örneği Şekil 3.7 : Mikroşerit besleme yapısı Şekil 3.8 : Anten konumuna göre mikroşerit besleme şekilleri Şekil 3.9 : Koaksiyel besleme yapısı Şekil 3.10 : Açıklık kuplajlı besleme yapısı Şekil 3.11 : Yakınlık kuplajlı besleme yapısı Şekil 3.12 : Tipik sonlu eleman örnekleri Şekil 3.13 : 2B-FEM mikroşerit anten problem uzayı ve uzayın ayrıklaştırılması Şekil 4.1 : Kablosuz haberleşme teknolojilerinde gelişim Şekil 4.2 : GSM 900 ve GSM 1800 için frekans kullanımı Şekil 4.3 : Haberleşme teknolojileri ve destekledikleri veri hızları Şekil 4.4 : UMTS frekans dağılımı Şekil 4.5 : Metamalzeme türleri Şekil 4.6 : Sievenpiper yüzeyi Şekil 4.7 : AMC toprak yapıları Şekil 5.1 : Geleneksel dairesel monopol anten yapısı Şekil 5.2 : Tasarlanan antenin HFSS programındaki görünümü Şekil 5.3 : Geleneksel dairesel monopol anten S 11 grafiği Şekil 5.4 : Geleneksel dairesel monopol anten VSWR grafiği Şekil 5.5 : Geleneksel dairesel monopol anten Z in grafiği Şekil 5.6 : Tasarlanan antenin 1790 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.7 : 1790 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.8 : Tasarlanan antenin 2050 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.9 : 2050 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.10 : Tasarlanan antenin 2450 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.11 : 2450 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.12 : Tasarlanan antenin 3500 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği... 68

16 Şekil 5.13 : 3500 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.14 : 1790 MHz frekansında E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.15 : 1790 MHz frekansında H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.16 : 2050 MHz frekansında E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.17 : 2050 MHz frekansında H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.18 : 2450 MHz frekansında E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.19 : 2450 MHz frekansında H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.20 : 3500 MHz frekansında E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.21 : 3500 MHz frekansında H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.22 : Yapay manyetik iletken yapısındaki toprak düzlemi Şekil 5.23 : Yapay manyetik iletken toprak düzlemli monopol anten yapısı Şekil 5.24 : AMC şerit genişliği (W 7 ) 1 mm olan antene ait S 11 grafiği Şekil 5.25 : AMC şerit genişliği (W 7 ) 2 mm olan antene ait S 11 grafiği Şekil 5.26 : Küçültülmüş boyutlardaki antene ait S 11 grafiği Şekil 5.27 : Optimize edilmiş antene ait S 11 grafiği Şekil 5.28 : Elde edilen antenin HFSS programındaki görünümü Şekil 5.29 : Optimize edilmiş antene ait VSWR grafiği Şekil 5.30 : Optimize edilmiş antene ait Z in grafiği Şekil 5.31 : Optimize antenin 1790 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.32 : Optimize antenin 1790 MHz için 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.33 : Optimize antenin 2050 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.34 : Optimize antenin 2050 MHz için 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.35 : Optimize antenin 2450 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği Şekil 5.36 : Optimize antenin 2450 MHz için 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği Şekil 5.37 : AMC toprak yüzeyli antenin 1.79 GHz E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.38 : AMC toprak yüzeyli antenin 1.79 GHz H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.39 : AMC toprak yüzeyli antenin 2.05 GHz E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.40 : AMC toprak yüzeyli antenin 2.05 GHz H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.41 : AMC toprak yüzeyli antenin 2.45 GHz E-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.42 : AMC toprak yüzeyli antenin 2.45 GHz H-Düzlemi ışıma diyagramı Şekil 5.43 : Gerçeklenmiş antenin dairesel yama tarafı Şekil 5.44 : Gerçeklenmiş antenin AMC toprak yüzeyi Şekil 5.45 : Gerçeklenmiş antenin S 11 grafiği Şekil 5.46 : 2050 MHz için E-Düzlemi ışıma diyagramı ölçümü Şekil 5.47 : 2050 MHz için H-Düzlemi ışıma diyagramı ölçümü Şekil 5.48 : 2450 MHz için E-Düzlemi ışıma diyagramı ölçümü Şekil 5.49 : 2450 MHz için H-Düzlemi ışıma diyagramı ölçümü xiv

17 YAPAY MANYETİK İLETKEN TOPRAK YÜZEYLİ GENİŞBANT MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI ÖZET Bu çalışmada GSM 1800, UMTS ve ISM 2.4 teknolojilerini aynı anda destekleyen, yapay manyetik iletken yapısından oluşan toprak yüzeyine sahip geniş bantlı yeni mikroşerit anten tasarımı yapılmıştır. Ülkemizde ve dünyada uzun yıllardan beri yaygın olarak kullanılan GSM teknolojisinin yanında, son yıllarda 3G teknolojisi de kullanılmaya başlanmış ve günümüzde her iki teknoloji bir arada kullanılmaktadır. Düşük bant genişliği ve yavaş veri iletim hızının yeterli olduğu normal görüşmeler için GSM teknolojisi, yüksek bant genişliklerine ve veri iletim hızlarına ihtiyaç duyan görüntülü görüşme, görüntülü mesaj, video gönderimi ve paylaşımı, hızlı mobil internet erişimi gibi uygulamalar için 3G teknolojisi kullanılmaktadır. Böylece ilgili frekans bantları daha verimli kullanılmaktadır. ISM 2.4 teknolojisi ise, GSM veya 3G teknolojilerine ihtiyaç duymadan kablosuz yerel ağ şebekeleriyle bağlantı kurarak, yüksek hızlı internet erişimine olanak sağlamaktadır. Belirtilen bu üç haberleşme teknolojilerini destekleyebilen mobil cihazlar, kullanıcılar için büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Fakat sağlanan bu kolaylıkların yanında bir mobil cihazdan beklenen en önemli özellik hafif ve küçük boyutlarda olmasıdır. Mobil cihazların boyutlarını belirleyen etkenlerin başında mobil cihazlarda kullanılan antenin boyutları gelmektedir. Bu nedenle küçük boyutlu, düşük ağırlıklı ve dayanıklı olmaları, geometrik yapılarının sağladığı montaj kolaylığı ve baskı devre teknolojisi ile kolay üretilebilmeleri gibi avantajlar mikroşerit antenlerin mobil cihazlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Fakat mikroşerit antenler bu avantajlarının yanında, düşük güçle ışıyabilmeleri, bant genişliklerinin düşük olması, sinyal yaması doğrudan beslenince yüzey dalgaları ve sahte radyasyon oluşması gibi dezavantajlara sahiptirler. Bu çalışma kapsamında, öncelikle kablosuz haberleşmenin temel parçalarından biri olan antenler, anten tipleri, antenlerin ışıma mekanizmaları ve temel anten parametreleri genel olarak tanıtılmıştır. Çalışmada tasarlanacak antene ilişkin temellerin daha iyi anlaşılabilmesi için mikroşerit antenlerin genel yapısı, özellikleri, türleri, besleme yöntemleri ve analiz yöntemleri incelenmiştir. Daha sonra, tasarlanacak antenin desteklemesini istediğimiz haberleşme teknolojileri hakkında ve anten tasarımında kullanacağımız yapay manyetik iletken yapısı ile ilgili genel bilgiler verilmiştir. Bu aşamalardan sonra anten tasarımı yapılmış, tasarlanan antene ait simülasyon ve ölçümlerden elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Bu çalışmada istenilen haberleşme teknolojilerini destekleyen, küçük boyutlu, düzgün ışıma paternine sahip mikroşerit anten tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan anten yapısında toprak yüzeyi, bilinen toprak yüzeylerinden farklı olarak yapay manyetik iletken yapısından oluşmaktadır. Tasarım süreci iki aşamada gerçekleştirilmiş ve ilk önce istenilen haberleşme teknolojilerini destekleyebilen geleneksel dairesel monopol anten tasarımı yapılmıştır. Daha sonra yapay manyetik iletken yapısında xv

18 toprak yüzeyine sahip dairesel monopol anten tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan antenler karşılaştırıldığında, yapay manyetik iletken toprak yüzeyi ile istenilen haberleşme teknolojilerini destekleyen, daha küçük boyutlarda ve daha düzgün her yönlü ışıma paternine sahip anten yapısı elde edilmiştir. xvi

19 DESIGN OF A BROADBAND MICROSTRIP ANTENNA WITH ARTIFICIAL MAGNETIC CONDUCTOR GROUND PLANE SUMMARY In this study, supporting GSM 1800, UMTS and ISM 2.4 technologies at the same time, a novel broadband microstrip antenna with artificial magnetic conductor ground plane is designed. In our country and around the world, beside GSM technology which has been widely used for many years, 3G technology has been on use in recent years and today a combination of both technologies is used. Low bandwidth and slow data transmission speed of GSM technology is sufficient for normal calls, whereas 3G technology is used in cases where high data transmission rates and bandwidth is required such as video calling, video messaging, video sending and sharing applications. Thus, the frequency bands are used more efficiently. ISM 2.4 technologies is able to establish the connection to wireless local area networks (WLANs) without the need GSM or 3G technologies and allows high speed internet access. The specified mobile devices which can operate on these communication technologies provide great advantages for users. Beside these facilities that are provided by a mobile device, it is mostly desired for a mobile device to be light and in small size. The main factor that determines the size of mobile devices is the antenna's dimensions which are used in mobile devices. Microstrip antennas have some advantages like having low size, low weight, being durable, being mountaged easily because of their geometry and being produced easily using printed circuit technique therefore they are widely used on mobile devices. But they have some disadvantages such as low radiation power, low bandwidth, surface waves and spurious radiation. Within this thesis, initially it is given the antennas which are the primary pieces of wireless communication, antenna types, propagation mechanism of antennas and fundamental antenna parameters. It is examined the microstrip antennas properties, general structure, types, analysis methods and supply methods. Then communication technologies which will be supported by the antenna to be designed and general data related to artificial magnetic conductor structure that we will use, are given. After these steps, antenna design is done and the results which are obtained from the simulation and measurements of designed antenna are evaluated. In the study, microstrip antenna design in small size supporting desired communication technologies and having smooth propagation pattern is done. In the designed antenna structure, the ground plane is formed of artificial magnetic conductor unlike the known ground surfaces. Design process has realized in two stages and first of all conventional circular monopole antenna design which supports the desired communication technologies is done. In second process, circular monopole antenna with artificial magnetic conductor ground plane is designed. When compared the designed antennas, we have the antenna structure in smaller size xvii

20 with smoother omni-directional propagation pattern and supporting the desired communication technologies with its artificial magnetic conductor ground plane. xviii

21 1. GİRİŞ İnsanoğlu geçmişten günümüze başka insanlarla değişik yollar kullanarak iletişim kurmaya çalışmıştır ve iletişim zaman içerisinde insanoğlunun zorunlu ihtiyaçlarından birisi haline gelmiştir. İnsanlar bu zorunlu ihtiyaçlarını gidermek ve kolaylık sağlamak için zaman içerisinde sürekli gelişme göstermişlerdir. İnsanlar ilk çağlarda uzak mesafeler arasında birbirlerine bağırarak haberleşmeye çalışmışlar, fakat insan sesi yetersiz olunca ve çeşitli aletlerle daha güçlü sesler çıkararak haberleşmişlerdir. Ateşin icadıyla birlikte ateş ve dumanı, daha sonraki yıllarda bayrak ve ışık gibi araçları uzak mesafelerle haberleşmek için kullanılmaya başlamışlardır yılında gerçekleşen telgrafın icadını, 1837 de elektrikli telgraf ve 1876 yılında telefonun icadı izlemiş, artık insanlar seslerini elektrikli teller üzerinden uzak mesafelere göndermeye başlamışlardır. Daha sonraki yıllarda elektrik işaretleri arada tel olmadan daha uzak mesafelere gönderilmiş ve kablosuz haberleşme başlamıştır. Elektromanyetik kablosuz haberleşme, analog işaretleşmeden başlayıp sayısal işaretleşmeye dönüşen ve nesil (generation) terimi ile tanımlanan bir gelişim izlemiştir. Mobil haberleşmede teknolojik gelişmeler ile önce analog birinci nesil (1G), sonra sayısal ikinci nesil (2G) ve günümüzde sayısal üçüncü (3G) ve dördüncü nesil (4G) haberleşme sistemleri ortaya çıkmıştır. Kablosuz haberleşmeyle birlikte, kablosuz haberleşmenin en önemli parçası olan anten sistemleri ortaya çıkmıştır ve kablosuz haberleşmedeki gelişmelerle birlikte küçük boyutlu, düşük ağırlıklı ve dayanıklı, kolay üretilebilen ve montaj edilebilen anten sistemleri büyük önem kazanmıştır. Anten yapılarında istenilen bu özellikleri mikroşerit antenler en iyi şekilde karşılamakta ve bu nedenle kablosuz haberleşme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Mikroşerit antenlerin düşük güçle ışıyabilmeleri, bant genişliklerinin düşük olması, sinyal yaması doğrudan beslenince yüzey dalgaları ve sahte radyasyon oluşması gibi dezavantajları, çeşitli yöntemler kullanılarak yok edilmeye çalışılmaktadır. 1

22 1.1 Tezin Amacı Bu çalışmada GSM 1800, UMTS ve ISM 2.4 teknolojilerini aynı anda destekleyen, yapay manyetik iletken yapısından oluşan toprak yüzeyine sahip geniş bantlı mikroşerit anten tasarımı yapılmıştır. Tasarım süreci iki aşamada gerçekleştirilmiş ve ilk önce istenilen haberleşme teknolojilerini destekleyebilen geleneksel dairesel monopol anten tasarımı yapılmıştır. Daha sonra toprak yapay manyetik iletken yapısında toprak yüzeyine sahip dairesel monopol anten tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan antenler karşılaştırıldığında, yapay manyetik iletken toprak yüzeyi ile istenilen haberleşme teknolojilerini destekleyen, daha küçük boyutlarda ve daha düzgün ışıma paternine sahip anten yapısı elde edilmiştir. 1.2 Teze Genel Bakış İkinci bölümde antenler ve anten tipleri ile ilgili genel bilgiler verilmesi amaçlanmıştır. Antenin tanımı, tarihi gelişimi, bir yapının elektromanyetik dalga yayınlaması için gerekli olan koşullar ve bir anteni karakterize eden parametreler hakkında bilgi verilecektir. Daha sonra anten tipleri kısaca tanıtılacaktır. Üçüncü bölümde mikroşerit antenler, türleri, besleme yöntemleri ve analiz yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmesi amaçlanmıştır. İlk olarak mikroşerit antenlerin genel yapısı ve özellikleri anlatılacak, daha sonra ise mikroşerit anten türleri ve anten besleme yöntemleri incelenecektir. Sonraki aşamada ise mikroşerit antenlerin analizinde kullanılan yöntemler incelenecek, mikroşerit antenlerin avantajları, dezavantajları ve uygulama alanları hakkında bilgiler verilecektir. Dördüncü bölümde önce haberleşme teknolojilerinin ortaya çıkışı, gelişimi ve çalışmamızda tasarlanacak olan antenin kullanılabileceği haberleşme teknolojileri hakkında genel bilgiler verilecektir. Daha sonra metamalzemeler ile ilgili temel kavramlar, elektromanyetik özellikleri ve türleri genel olarak anlatılacak ve metamalzeme yapıların bir türü olan ve çalışmamızdaki anten tasarımında kullandığımız yapay manyetik iletken (Artificial Magnetic Conductor - AMC) yapılar incelenecektir. Beşinci bölümde çalışmanın asıl amacını oluşturan, yapay manyetik iletken yapısından oluşan toprak düzlemine sahip, geniş bantlı mikroşerit anten tasarımı gerçekleştirilecektir. İlk olarak antenin tasarımında ve simülasyonunda kullanılan 2

23 Ansoft HFSS tasarım ve simülasyon paket programı hakkında genel bilgiler verilecek ve daha sonra anten tasarımı konusuna geçilecektir. Tasarım bölümünde, amaçlanan mikroşerit anten yapısının sahip olması gereken özelliklerden, anten geometrisinden ve tasarım aşamalarından söz edilecektir. Daha sonra oluşturulacak anten yapısına ilişkin bazı önemli anten parametreleri incelenecek ve bu parametrelerin işlevsellikleri tartışılacaktır. Son olarak da üretilen antenin laboratuar ortamında yapılan ölçümleri incelenecektir. Altıncı ve son bölümde tasarlanan antenin HFSS paket programında elde edilen simülasyon sonuçları ile üretilen antenin laboratuar ortamında yapılan ölçümlerinde elde edilen sonuçlar karşılaştırılacaktır. Daha sonra karşılaştırma sonuçları incelenecek ve elde edilen deneyimlere dayanılarak önerilerde bulunulacaktır. 3

24

25 2. ANTENLER VE ÖZELLİKLERİ Bu bölümde antenler ve anten tipleri ile ilgili genel bilgiler verilmesi amaçlanmıştır. Antenin tanımından, tarihi gelişiminden, bir yapının elektromanyetik dalga yayınlaması için ne gibi koşulların gerekli olduğundan bahsedilecek ve bir anteni karakterize eden parametreler hakkında bilgi verilecektir. Daha sonra anten tipleri kısaca tanıtılacaktır. 2.1 Anten Anteni genel olarak, haberleşme sistemlerinde elektromanyetik dalgalar ve elektriksel işaretler arasındaki dönüşümden sorumlu devre elemanı olarak tanımlayabiliriz. İletim kanalı olarak boş uzay veya atmosferi kullanan haberleşme sistemlerinin, bu kanala açılan ara yüzüne anten denir. Antenlerin geçmişi, 1873 yılında James Clerk Maxwell in çalışmasına kadar dayanmaktadır. Maxwell, yayınladığı çalışmalarında adı ile anılan Maxwell Denklemleri ni bulmuş ve elektromanyetik dalga hesaplamalarının temelini oluşturmuştur. Heinrich Rudolph Hertz ise 1886 yılında ilk kablosuz elektromanyetik sistemi oluşturmuştur. Anten teknolojisi, İkinci Dünya Savaşı sırasında Marconi ile büyük bir ivme kazanmıştır ve 1960 lı yıllarda bilgisayarla ortak kullanılan anten sistemleri geliştirilmeye başlanmıştır [1]. Elektrik alan dalgalarının metalik bir yapı ile atmosfere ışıması ile günümüzdeki anten teknolojisi oluşmuştur. Gönderilmek istenen işaret, üreteçten veya başka bir kaynaktan transmisyon hattına verilir. Daha sonra işaret transmisyon hattı sonundaki metalik bir yapı üzerinde ışıma yapar ve atmosfere elektromanyetik dalga olarak yayılır. Şekil 2.1 de yer alan transmisyon hattının sonundaki iki yönlü metalik yapı, transmisyon hattından aldığı işareti tüm yönlü olarak serbest uzaya yaydığı için dipol anten görevi görmektedir [2]. 5

26 Şekil 2.1 : Anten yapısı. Şekil 2.2 de ise antenden serbest uzaya gönderilen elektromanyetik dalga gösterilmiştir. Şekil 2.2 : Elektrik alan yayılımı. 2.2 Anten Özellikleri Antenlerin eşdeğer devre ile gösterimi Alıcı ve verici anten tipleri için, Şekil 2.3 te verici antenin devre eşdeğeri, Şekil 2.4 te alıcı antenin devre eşdeğeri görülmektedir. Verici antenin devre eşdeğeri incelenirken aşağıdaki ifadeleri olduğunu göz önüne almak gerekmektedir. Z A = R A + jx A : Anten empedansı (Ohm) R A = R r + R L : Anten direnci (Ohm) R r : Radyasyon direnci (Ohm) R L : Kayıp direnci (Ohm) X A : Anten reaktansı (Ohm) V g : Verici devrenin çıkış gerilimi (Volt) 6

27 Z g : Verici devrenin empedansı (Ohm) P I : Antenin girişine ulaşan güç (Watt) P R : Anten girişinden verici devreye geri dönen güç (Watt) P IN = P I P R = I 2 R A : Antenin giriş gücü (Watt) P 0 = I 2 R r : Toplam ışıma gücü (Watt) I : Antenin giriş akımı (Amper) Z 0 : Antene giden hattın karakteristik empedansı (Ohm) Z g R L P 0 = I 2 R r P I P R P IN I R r V g Z 0 X A Kaynak Transmisyon Hattı Anten Şekil 2.3 : Verici antenin devre eşdeğeri. Alıcı antenin devre eşdeğeri incelenirken aşağıdaki ifadeleri olduğunu göz önüne almak gerekmektedir. V A = h e E : Gelen dalga ile indüklenen gerilim (Volt) h e : Etkin anten uzunluğu (metre) E : Gelen dalganın elektrik alan şiddeti (Volt/metre) V R : Alıcı devreye aktarılan gerilim (Volt) Z R = R R + jx R : Alıcı devre giriş empedansı (Ohm) R R : Alıcı devre giriş direnci (Ohm) X R : Alıcı devre giriş reaktansı (Ohm) 7

28 R L R r X A Gelen Alan E I Z 0 Z R V R V A = h e E Anten Transmisyon Hattı Alıcı Devre Şekil 2.4 : Alıcı antenin devre eşdeğeri Anten alan bölgeleri Anteni çevreleyen uzay Reaktif Yakın Alan, Işıyan Reaktif Yakın Alan ve Uzak Alan olmak üzere üç bölgeye ayrılır. Sabit dalgaların ve bu dalgalar tarafından depo edilen enerjinin dominant olduğu, antenin hemen etrafını saran ve anten alan tipini karakterize eden alan tipine Reaktif Yakın Alan denilmektedir. Uzak alan ve reaktif yakın alan arasında kalan, ışıyan dalgalardan oluşan ve bu dalgalar tarafından iletilen enerjiyi belirten, antene olan uzaklığı alan dağılımını etkileyen ve anten alan tipini karakterize eden alan tipine Işıyan Yakın Alan denilmektedir [1]. Şekil 2.5 de anten alan bölgeleri yer almaktadır. Işıyan dalgalardan oluşan, antene olan uzaklığı diğer bölgelerden daha fazla olan ve antene olan uzaklığı ile ışıma alanı değişmeyen bölgeye uzak alan denilmektedir [1]. Yakın alanda elektrik ve manyetik alan bileşenleri düzlem dalga karakteri göstermezler. Bu nedenle yakın alan bölgede ilişkiler karmaşık ve ölçümler zordur. Uzak alanda ise düzlem dalga yaklaşımı yapılabilmektedir. 8

29 Uzak Alan Bölge Işıyan Yakın Alan Bölge Reaktif Yakın Alan Bölge D R 1 R 2 Şekil 2.5 : Anten alan bölgeleri. Yakın ve uzak alan tanımları anten cinsine ve etkileşimlere göre frekans, anten boyutları gibi parametreler cinsinden belirlenmektedir. D : Anten boyu R 1 : Reaktif yakın alanı ifade eden dairenin yarıçapı R 2 : Işıyan yakın alanı ifade eden dairenin yarıçapı 3 R D (2.1) R 2 2 2D (2.2) (2.1) ve (2.2) formülleri incelendiğinde, R 1 ve R 2 ifadelerinin anten boyutuna ve frekansa bağlı olduğu görülmektedir [1]. 9

30 2.2.3 Temel anten parametreleri Işıma paterni Işıma paterni veya anten paterni, bir antenin uzay koordinatlarının ve ışıma özelliklerinin, grafikle ya da matematiksel ifadelerle belirtilmesidir [1]. Bir antenin ışıma paternine bakılarak, antenin hangi yöne doğru ışıma yaptığı görülebilmektedir. Şekil 2.6 da bir antenin ışıma paterni verilmiştir. Işıma paterni ana lob, yan loblar ve arka lobdan oluşmaktadır. Ana lob, antenin ışıma yaptığı yönü göstermektedir. Ana lobun 180 derece ilerisinde yani negatif yönünde arka lob bulunmaktadır. Yan loblar ise anten ışıma yaparken yayılan elektromanyetik dalgaların saçılmasıyla oluşmaktadır ve antenin jeneratör ya da kaynaktan aldığı gücü harcadığı için istenmeyen ışıma dağılımlarıdır Yarım Güç Huzme Genişliği Ana Lob Yan Loblar Arka Lob Şekil 2.6 : Işıma paterni. Genel olarak dört tip ışıma patern şekli vardır [3]: 10

31 Her yönlü (omni-directional) ışın, Kalem şekil ışın, Yelpaze şeklinde ışın, Şekillendirilmiş ışın. Teorikte ideal kayıpsız bir anten için tüm yönlere yapılan ışıma eşittir, fakat gerçek hayatta kayıpsız bir anten olamaz. Çünkü anten etrafındaki fiziksel şartlar, antenin kullanım amacı ve tasarımcının isteği nedeniyle farklı ışıma şekillerine sahip antenler bulunmaktadır [1]. İzotropik bir antenin ışıma diyagramı 0 db olarak kabul edilir. Işıma diyagramı, izotropik anten ile birlikte çizilen bir antene bakıldığında izotropik antenin -3 db değerine geldiği noktalarda gücünün yarıya düştüğü görülür. Antenler için çoğunlukla aktiflik bölgesini, -3dB üstünde kalan kısımlar oluşturmaktadır Anten polarizasyonu Antenin pozisyonuna göre elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörünün yönü anten polarizasyonu belirlemektedir. Antenden gönderilen işaretin polarizasyonu ile alıcı antenin polarizasyon uyumu çok önemlidir. Çünkü alıcı ve verici arasında polarizasyon uyumu sağlanamazsa gönderilmek istenen işarette büyük kayıplar olacak ve istenilen verim ve kazanç sağlanamayacaktır. Şekil 2.7 de verildiği gibi antenin pozisyonuna göre elektrik alan bileşenlerinin yönü değişmektedir, dolayısıyla anten polarizasyonu da değişmektedir. Şekil 2.7 : Anten pozisyonuna göre polarizasyon. 11

32 Elektromanyetik dalgalar doğrusal, dairesel ve eliptik polarizasyonlu olabilirler [1]. Bazı kaynaklarda eliptik polarizasyon, dairesel polarizasyona benzerliğinden dolayı ayrı bir polarizasyon türü olarak verilmemektedir. z, t a z, t a z, t x x y y (2.3) Polarizasyon denkleminin genel ifadesi (2.3) de verildiği gibidir [1]. Doğrusal polarizasyon için polarizasyon denkleminde sadece bir bileşenin olması ve iki dik lineer bileşen arasındaki faz farkının 180 derece olması gerekmektedir. Doğrusal polarizasyon yatay ve düşey polarizasyon olmak üzere iki şekilde oluşmaktadır. Elektrik alan yatay polarizasyonda yeryüzüne paralel, düşey polarizasyonda ise yeryüzüne diktir. Dairesel polarizasyon için polarizasyon denkleminde iki bileşenin de olması ve bu bileşenlerin katsayılarının eşit olması ve bileşenler arasındaki faz farkının 90 derece olması gerekmektedir. Dairesel polarizasyonda elektrik alan z yayılma yönüne dik ve x-y eksenleri doğrultusunda dönerek ilerler. Eliptik polarizasyon, dairesel polarizasyonun özel bir şekli olarak gösterilebilir. Dairesel polarizasyondaki gibi iki bileşen bulunur ve bu bileşenler arası 90 derecedir. Fakat bileşenlerin katsayıları birbirine eşit değildir. Alıcı ve verici antenlerin polarizasyon uyumu, işaretin doğruluğu açısından çok önemlidir, fakat coğrafi özellikler ve atmosfer özellikleri nedeniyle polarizasyonlarda sürekli kaymalar görülmektedir. Özellikle telsiz iletişimde kullanılan atmosfer tabakası olan iyonosferde büyük polarizasyon kaymaları ve işaretlerde sönümlenmeler görülmektedir. Oluşan bu kayma ve sönümlenmelere depolarizasyon adı verilmektedir. Bir bölgede polarizasyon kayıpları ile karşılaşılıyorsa, antenin polarizasyon türü değiştirilerek bu kayıplardan kurtulmaya çalışılır Bant genişliği Bant genişliği, antenin elektromanyetik dalga yayınlayabildiği veya yakalayabildiği frekans bandının genişliği olarak tanımlanabilir. Bant genişliği çoğunlukla kullanıcının kullanım amacına bırakılan sınırlar ile belirlenir. Genellikle s11 yani yansıma değeri -10dB altında olan değerler için bant genişliği hesaplanmaktadır. Eğer yansıma değeri -10 db üzerinde bir değer alınırsa, alıcı ve verici antenler arasındaki veri iletimi büyük bir oranda etkilenecektir, çünkü verici antenden 12

33 gönderilen elektromanyetik dalgalar büyük bir oranda yansımaya uğrayacak ve doğru veri iletimi yapılmasını önleyecektir. Şekil 2.8 te bant genişliği görülmektedir. Genlik BW f min f max Frekans Şekil 2.8 : Bant genişliği. Şekilde yer alan frekans aralığını, antenin geri dönüş kaybının -10 db nin altında kaldığı frekans bölgesi olduğunu düşünürsek, antenin bant genişliği, BW= f max f min (2.4) Etkin anten uzunluğu Bir antenin etkin uzunluğu, antenin çıkışında indüklenen etkin gerilimin antenin polarizasyonu doğrultusunda gelen elektrik alanın şiddetine oranıdır. Elektrik alanın şiddeti E, antenin çıkışında indüklenen etkin gerilim V OC olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi metredir. h e V E OC (2.5) Anten faktörü Anten faktörü, antenin polarizasyonu doğrultusunda yayınladığı elektrik alan şiddetinin, antenin girişine uygulanan etkin gerilime oranıdır. Elektrik alanın şiddeti E, antenin girişine uygulanan etkin gerilime V R olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi (1/metre) dir. F A E V R (2.6) 13

34 Yönlendiricilik Bir antenin yönlendiriciliği, belirli bir yönde yaptığı ışıma yoğunluğunun tüm yönlere yaptığı ortalama ışıma yoğunluğuna oranıdır [1]. Bu nedenle yönlendiricilik, bir noktadaki ışıma gücünün aynı noktada izotropik bir antenin ışıma gücüne oranı olarak da tanımlanabilir [3]. Kayıpsız antenlerde yönlendiricilik aynı zamanda anten kazancıdır. Fakat kayıplı antenlerde kazanç, yönlendiricilik ile kayıp oranının (verimin) çarpımına eşittir. Anten tipine göre değişmektedir ve belli bir anten için sabit bir değerdedir. Ayrıca gözlem noktasından bağımsız ve birimsiz bir büyüklüktür. Antenin ana ışıma lobuna aktarabildiği gücün bir ölçüsü olarak önemli bir parametredir Yönlendiricilik kazancı Yönlendiricilik kazancı, antenin ışıma şiddeti yoğunluğunun, izotropik bir antenin ışıma şiddeti yoğunluğuna oranıdır. Antenin ışıma şiddeti yoğunluğu U,, yayınladığı toplam güç P olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve özdeş birimlerde iki büyüklüğün bölümünden elde edildiği için birimsizdir. iso, U, U U D, 4 U P /4 P (2.7) Işıma güç yoğunluğu Bir antenin yayınladığı elektrik alanın şiddeti E, öz empedansı olmak üzere uzak alan bölgesinde geçerli olacak şekilde aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi (Watt/m 2 ) dir. W rad,, 2 E r (2.8) Işıma şiddeti Belirli bir yöndeki ışıma şiddeti, birim katı açı (steradyan) başına antenden yayılan güç olarak ifade edilebilir. Antenin yayınladığı elektrik alanın şiddeti E, öz empedansı ve ışıma güç yoğunluğu W rad olmak üzere uzak alan bölgesinde geçerli olacak şekilde aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi (Watt/Steradyan 2 ) dir. 14

35 2 E r,, 2 2 U r Wrad r (2.9) Kazanç Kazanç, anten ışıma şiddeti yoğunluğunun, aynı giriş gücü kayıpsız bir izotropik antene verildiğinde oluşan ışıma şiddeti yoğunluğuna oranı şeklinde ifade edilebilir. Anten kazancı, antenin ne oranda yönlü olduğunun bir göstergesidir. Bir antenin ışıma şiddeti yoğunluğu U,, antene giren güç P IN olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimsizdir.,,, U U U D, 4 U P iso IN P 4 IN (2.10) Anten ışıma direnci Anten ışıma direnci, bir antenin dışarı yayınladığı toplam gücün, devreden çektiği akımın etkin değerinin karesine oranıdır. Antenin dışarı yayınladığı toplam güç P OUT, çektiği akım I olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi ohm dur. R r POUT 2 (2.11) I Anten ışıma verimliliği Antenin kaynaktan çektiği gücün bir kısmı ısıl kayıp olarak antende harcanır. Işıma gücü ve ısıl kayıpların toplamı kaynaktan çekilen güce eşittir. Anten verimi, ışıma gücünün kaynaktan çekilen güce oranıdır. Isıl kayıplar ne kadar az ise verim o kadar yüksek olur. Antenin giriş gücü P IN, antenin yayınladığı toplam güç P OUT, ısıl kayıp direnci R L ve ışıma direnci R r olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimsizdir. e r POUT Rr P R R (2.12) IN r L 15

36 Etkin anten açıklığı Anten etkin açıklığı, alıcı durumdaki bir antene gelen gücün, gelen dalganın güç yoğunluğuna oranıdır. Antene gelen güç P R, gelen dalganın güç yoğunluğu W R olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimi metredir. 2 P Ir Rr /2 R Ae (2.13) W W R R Açısal ışıma açıklığı (Huzme genişliği) Maksimum ışıma doğrultusundaki gücün yarıya (3 db) düştüğü (yatayda veya düşeyde) açısal genişlik, anten ışıma açıklığı olarak tanımlanır ve yönlendiriciliği olan antenlerde yönlendiriciliğin bir ölçüsüdür [5]. Bir antenin açısal ışıma açıklığı ne kadar yüksekse, o kadar çok yöne işaret gönderebileceği veya o kadar çok yönden işaret yakalayabileceği söylenebilir Anten yansıma katsayısı Anten yansıma katsayısı, antenden geri dönen gerilimin, antenin girişine gelen gerilime oranıdır. Antenin girişine ulaşan gerilim V INC, antenden geri dönen gerilim V REFL, anten empedansı Z A ve antenin besleme hattının karakteristik empedansı Z 0 olmak üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimsizdir. VREFL ZA Z0 V Z Z (2.14) INC A 0 Empedans uygunluğu sağlandığında, Z A = Z 0 olacağı için anten yansıma katsayısı sıfır olur ve gelen güç tamamen antene aktarılır Anten giriş empedansı Giriş empedansı üç şekilde tanımlanabilmektedir. Anten terminallerinde bulunan empedans, antenin bir terminalinde bulunan gerilimin o noktadaki akımına oranı yada iletimde belirli bir noktada uygun elektrik alan ve manyetik alanların birbirine oranı olarak tanımlanabilmektedir [1]. İletim hattı ile anten arasındaki maksimum enerji transferini sağlayabilmek için, anten giriş empedansı ile iletim hattının karakteristik empedansı uygun olmalıdır. Anten giriş empedansı ile iletim hattı 16

37 karakteristik empedansı uygunluğu sağlanamadığında, anten terminalinde kaynak yönünde ilerleyen yansıyan dalga oluşur. Geriye dönen bu enerji anten sisteminin genel veriminde azalmaya neden olur. Şekil 2.9 da anten empedans dağılımı görülmektedir. R g X g R L I R r V g X A Şekil 2.9 : Anten empedans dağılımı. Z A = R A + jx A : Anten empedansı (Ohm) R A = R r + R L : Anten direnci (Ohm) R r : Radyasyon direnci (Ohm) R L : Kayıp direnci (Ohm) X A : Anten reaktansı (Ohm) V g : Kaynak çıkış gerilimi (Volt) Z g = R g + jx g : Kaynak empedansı (Ohm) R g : Kaynak direnci (Ohm) X g : Kaynak reaktansı (Ohm) Kaynak ve anten empedansları, reel ve imajiner ifadelerden oluşmaktadır. Anten tasarımı yapılırken imajiner kısmın 0 ve reel kısmın anten tasarımı için belirlenen sınırda olması istenmektedir. İmajiner kısım istenilen empedans değeri için sıfır değerinde bulunmaz ise antende büyük kayıplar meydana gelir ve istenilen frekansta ışıma yapamadığı görülür. 17

38 I Vg Vg Vg Z Z Z R R R j X X (2.15) t g A g L r g A Yukarıdaki ifadeyi incelediğimizde antene maksimum güç transferinin sağlanabilmesi için aşağıdaki eşitliklerin sağlanması gerekmektedir. R g = R L + R r (2.16) X g = - X A (2.17) Antenler için çoğunlukla reel değer 50 ohm olarak seçilmektedir. Bunun nedeni, bir iletim hattında maksimum güç kapasitesi 30 ohm değeri için oluşmaktadır ve iletim hattındaki minimum kayıp için ise empedans değeri 77 ohm olmaktadır. Bu iki değer için ortalama değer alındığında, anten tasarımı için önerilen 50 ohm empedans değerine ulaşılmaktadır Gerilim duran dalga oranı (VSWR) Gerilim duran dalga oranı, iletim hattı boyunca oluşan maksimum gerilim ile minimum gerilim arasındaki orandır. Gerilim duran dalga oranı, antenin giriş empedansı ile iletim hattının karakteristik empedansının ne kadar uyumlu olduğunu gösterir. Gerilimin maksimum değeri V MAX, minimum değeri V MIN ve anten yansıma katsayısı olmak üzere, antenin duran dalga oranı üzere aşağıdaki gibi tanımlanır ve birimsizdir. V 1 MAX V 1 (2.18) MIN Empedans uygunluğu sağlanan antenlerde değeri 1 olur. Empedansın en uygunsuz olduğu durumlarda ( 1 veya 1) ise sonsuza gider. 18

39 Anten geri dönüş kaybı Geri dönüş kaybı, antene gönderilen gücün ne kadarının geri döndüğünün bir ölçüsüdür. Bir antenin belirli bir frekans bölgesinde çalışıyor olabilmesi için o frekans aralığında geri dönüş kaybı db in altında olmalıdır. L R P REFL 10log10 20log10 PINC (2.19) Anten kayıp faktörü Antene gelen gücün ne kadarının istenmeyen ışımalara gittiğinin gösteren bir parametredir ve anten beslemesindeki kayıplar, anteni oluşturan parçalar arasındaki eklem noktalarındaki kayıplar tarafından belirlenir. Kayıp faktörü küçüldükçe, antenin işaretleşme kalitesi artar ve aşağıdaki gibi tanımlanır. L F P P INC 0 10log PINC (2.20) 2.3 Işıma İçin Gerekli Koşullar Elektromanyetik dalganın yayınlanması için temel şart, akım vektörünün zamana veya konuma bağlı olarak bir değişiklik göstermesidir. Buna göre düz bir kabloda sabit akımdan elektromanyetik yayınım doğmaz, bunun yanında aynı düz kabloda tetiklenen değişken bir akım elektromanyetik dalga yayınımına sebep olacaktır. Benzer şekilde sabit akım akıtan bir telin bükülmesi, bükülme noktasından elektromanyetik dalga yayınlanmasına yol açacaktır. Şekil 2.10(a) da görülen yapıda akım vektöründe zamana veya konuma göre herhangi bir değişiklik olmadığı için ışıma oluşmaz. Şekil 2.10(b)-(d) de görülen yapılarda akım hızı zamanla değiştiği için ışıma oluşur. Şekil 2.10(b) de görülen yapıda akım anten ucuna ulaşır ve buradan geri döner. Şekil 2.10(c) de görülen yapıda akım hızı sabittir fakat yönü değiştiği için ışıma oluşur. Şekil 2.10(d) de görülen yapıda akım periyodik olarak salınım yaparak sürekli bir ışıma oluşturur [4]. 19

40 Şekil 2.10 : Anten ışıma oluşumu. 2.4 Anten Türleri Tel antenler En yaygın kullanım alanına sahip anten türüdür. Otomobillerde, binalarda, gemilerde, uçaklarda ve uzay araçlarında yaygın olarak kullanılırlar. Tel antenler, geometrilerine göre Doğrusal Tel Antenler ve Eğrisel Tel Antenler olarak ikiye ayrılırlar Doğrusal tel antenler Değişken akımla indüklenen, biri işaret, diğeri toprak ucu olmak üzere iki ucu bulunan, açık devre ile sonlanıyormuş gibi görünen tel antenlere lineer tel antenler denir. En yaygın örneği yarım-dalga dipol antendir. İşaret ucunun tel olup da toprak girişinin iletkenliği yüksek bir metal plakaya bağlandığı haline ise monopol tel anten denir. Analiz bakımından dipol antenden tek farkı daha az akım çekmesi, dolayısıyla daha az gücü elektromanyetik dalgaya aktarabilmesindedir, anten paterni dipolün aynısıdır. 20

41 Eğrisel tel antenler Doğrusal tel antenlerden farklı olarak akımı bir doğru üzerine yerleştirilemeyecek bir tel üzerinden akıtmak vasıtası ile elektromanyetik dalga yayınlarlar. Bunlara örnek olarak kapalı bir çevrim yapan çevrimsel antenleri (kısa devre ile sonlanıyormuş gibi) ve helix antenleri gösterebiliriz Açıklık antenler Açıklık antenler, elektromanyetik dalganın ışıma yönünde açıklığa sahip antenlerdir. Bu açıklık bir veya daha fazla boyutta ve birkaç dalga boyu uzunluğa sahiptir. Bu anten türlerinde ışıma paterni dar bir ana huzmeye sahiptir fakat kazanç oldukça yüksektir. Anten açıklık boyutları sabit tutulduğunda, frekans arttıkça ana huzme daralmaktadır. Bu tip antenler hava ve uzay araçlarına kolay monte edilebildikleri için, uzay ve havacılıkta sıklıkla kullanılırlar. Parabolik reflektör antenler, horn antenler, lens antenler ve dairesel açıklık antenler bu anten türüne örnek verilebilir. Reflektör antenlerde metaller elektromanyetik dalgaları yansıttıkları için, optik yasalarına benzer bir şekilde metal yüzeyler ayna gibi kabul edilerek yapılan tasarımlarla dalgalar toparlanıp odaklanarak yönlendiricilik kazancı yükseltilmiş olur. Horn, parabolik yansıtıcı veya lensli yapının tek başına elektromanyetik dalga yayınlama kabiliyeti mevcut değildir. Bu yüzden bu tip antenleri yardım alan antenler olarak adlandırabiliriz Mikroşerit antenler Mikroşerit antenler, en temel biçimiyle iki paralel iletkenin, ince bir dielektrik profil ile birbirinden ayrılmasıyla oluşur. Üst yüzeyde ışıma amaçlı, alt yüzeyinde topraklama amaçlı paralel iletken metaryaller kullanılır. Bakır veya altın gibi iletkenlik özelliği taşıyan metaryellerin, çeşitli şekilleri baz alınarak farklı özelliklerde ışıyan antenler elde edilebilir. Bu çalışmada tasarlanan anten bir mikroşerit türü olduğu için mikroşerit antenler gelecek bölümde ayrıntılı şekilde anlatılacaktır Dizi antenler Dizi antenler, bant genişliğini artırmak, yönlendiricilik kazancını veya çıkış gücünü yükseltmek gibi amaçlar için kendini belli bir benzerlik oranıyla tekrarlayan diziler şeklinde bir araya getirilmesi sonucunda ortaya çıkan anten yapılarıdır. Tel dipol 21

42 antenlerin dizilerine örnek vermek gerekirse Log-periyodik ve Yagi-Uda antenleri, tel dipol dizi anten türleridir. Log-periyodik antenlerde yüksek bant genişliği, Yagi- Uda antenlerde ise yüksek yönlendiricilik elde edilmektedir. 22

43 3. MİKROŞERİT ANTENLER Bu bölümde mikroşerit antenler, türleri, besleme yöntemleri ve analiz yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmesi amaçlanmıştır. İlk olarak mikroşerit antenlerin genel yapısı ve özellikleri anlatılacak, daha sonra ise mikroşerit anten türleri ve anten besleme yöntemleri incelenecektir. Sonraki aşamada ise mikroşerit antenlerin analizinde kullanılan yöntemler incelenecek, mikroşerit antenlerin avantajları, dezavantajları ve uygulama alanları hakkında bilgiler verilecektir. 3.1 Giriş Mikroşerit yapıların ışıma yapan yayıcı bir eleman olduğu ve anten olarak kullanılabileceği fikri ilk olarak 1953 yılında Deschamps tarafından ortaya atılmıştır [6]. Bu konudaki ilk patent 1955 yılında Fransa da Gutton ve Baissinot [7] tarafından alınmış olmasına rağmen yaklaşık 20 yıl boyunca pratik bir anten üretilememiştir. Bunun ana nedeni iyi dielektrik tabanların mevcut olmamasıdır. Düşük kayıplı, mekanik ve ısıl açıdan uygun dielektrik taban malzemelerinin geliştirilmesiyle 1970 li yılların basında Munson [8] ve Howell [9] tarafından ilk mikroşerit anten tasarımı yapılmıştır. Üretilen bu antenler ince ve yüzeye uyumlu olacak şekilde tasarlanmış, uzay mekikleri ve füzelerde kullanılmışlardır. Bu tasarımlardan sonra mikroşerit antenlerin üretiminin kolay ve düşük maliyetli olması, az hacim kaplamaları ve ikili frekans özelliklerine sahip olmaları gibi avantajlara sahip olduğunun görülmesiyle mikroşerit antenlerin tasarımlarının geliştirilmesi için pek çok araştırma yazısı yazılmıştır. Bahl, Bhartia, James, Hall ve Wood tarafından yazılmış çalışmalar ve Dubost tarafından da yapılmış birçok araştırma günümüzde halen güncelliğini korumakta ve kullanılmaktadır [10,11]. Yapılan birçok araştırma sonucu, araştırmalar arasında kopukluklar ve standart dışına çıkmalar söz konusu olmuştur, bundan dolayı 1979 yılında mikroşerit antenlerin malzemesi, tasarımı ve teorilerini konuşmak ve tartışmak amacıyla New Mexico State Üniversitesinde ilk uluslararası toplantı düzenlenmiştir [12,13]. Tüm bu aşamalardan geçilip 1970 yılından sonra mikroşerit antenlerin kullanımı artmıştır li yıllarda ise önemli 23

44 araştırmaların yanı sıra mikroşerit antenlerin pratik gerçeklenmesinin ve mikroşerit antenlerin fabrikasyon işlemlerinin temeli oluşturulmuştur [14]. Mikroşerit antenler günümüzde üretilmesinin ve kullanılmasının kolaylığının yanında küçük yapıları ve yüksek frekansı destekleyen yapılarından dolayı elektronik cihazlarda ve bilgi iletiminde yoğun olarak kullanılmaya başlanmıştır. Mikroşerit antenlerin genel yapısı Şekil 3.1 de görüldüğü gibi düşük kayıplı, yalıtkan, ince bir taban malzemesi, bu malzemenin bir yüzeyinde iletken ışıma yüzeyi, diğer yüzeyi ise iletken toprak tabakasından oluşur. İletken Işıma Yüzeyi t h Toprak Düzlemi Yalıtkan Taban Şekil 3.1 : Mikroşerit antenin genel yapısı. Işıma elemanının boyutları ve biçimi, taban malzemesinin kalınlığı ve dielektrik sabiti antenin elektriksel performansını doğrudan etkileyen başlıca parametrelerdir. Ayrıca taban malzemesi, devre elemanlarının uygun bir şekilde monte edilmesine olanak sağlar ve mekanik açıdan bu elemanlara destek olur. Mikroşerit antenlerde ışıma ve toprak yüzeylerinde kullanılan metalik elemanların kalınlığı t<< 0 ( 0, serbest uzay dalga boyu) olacak şekilde μm aralığında değerler alır. Metal olarak genellikle bakır kullanılır ve dielektrik taban malzemesine kimyasal yollarla yapıştırılır. Dielektrik taban ise isteğe göre seçilen yalıtkan bir malzemedir. Taban malzemesinin dielektrik sabiti ( ) arasında, kalınlığı (h) arasında değerler almaktadır. Dielektrik taban malzemesi olarak alumina, kuartz, PTFE (politetrafloretilen) gibi malzemeler kullanılır. Fakat bu malzemeler pahalı olduklarından ve yüksek frekanslarda entegre devrelerle birleştirilmede kolaylık sağlamak için genellikle FR-4 malzeme kullanılır. Taban malzemesinin dielektrik sabitinin düşük olması ( < 2.5), kenar alanlar (fringe fields) etkisini artırarak 24

45 antenin ışıma performansında iyileşme sağlar. Fakat bu durumda, aynı frekans cevabının elde edilebilmesi için daha büyük ışıma elemanının kullanılması gerekir ve antenin fiziksel boyutları büyür [10]. Taban malzemesinin dielektrik değerinin küçük, kalınlığının büyük olması durumunda, antende ideal ışıma sağlanmakta ve frekans bant genişliğini de artmaktadır [1]. Fakat taban malzemesinin kalınlığının artırılması, yüzey dalgalarının oluşumunu tetikleyerek, antenin veriminin azalmasına ve anten ışıma paterninin bozulmasına neden olabilir. Dielektrik tabanların elektriksel özellikleri dielektrik sabiti ve kayıp tanjantı ile belirlenir. Kayıp tanjantı değeri arttıkça, anten verimi azalır. Bu nedenle dielektrik taban malzemesi olarak genellikle düşük tanjantlı malzemeler tercih edilir [1]. 3.2 Mikroşerit Antenlerde Işıma Oluşumu Mikroşerit anten yapılarında iletken ışıma yüzeyinin kenarları açıklık gibi davranır ve yapı içerisindeki alan tarafından uyarılır. Bu uyarılma sonucunda iletken ışıma yüzeyinin kenarları ile en alttaki toprak düzlemi arasında elektromanyetik dalgalar oluşur. İletken ışıma yüzeyinin açık devre edilmiş kenarlarındaki kenar alanlarından maksimum seviyede ışıma oluşur [1, 15]. Şekil 3.2 de mikroşerit beslemeli mikroşerit yama antende elektromanyetik dalgalar oluşumu görülmektedir. Mikroşerit Besleme İletken Işıma Yüzeyi t h Toprak Düzlemi Yalıtkan Taban Şekil 3.2 : Mikroşerit antende ışıma oluşumu. Normal transmisyon hatlarında ışıyan kenarlar birbirine yakın olduğundan dolayı ışıma etkileri birbirini götürür ve sadece köşeler gibi süreksizlik bölgelerinden ışıma gerçekleşir. Bu nedenle mikroşerit anten yapılarında iletken ışıma yüzeyinin genişliği normal transmisyon hatlarının genişliğinden büyük seçilir. Işıma yüzeyi, uçlar 25

46 arasındaki kenarlardan ışıma yapar ve yapının rezonansa girmesiyle beraber empedans uyumu sağlanmış olur. Bu sayede anten en üst verimlilik düzeyinde çalışır [15]. 3.3 Mikroşerit Anten Çeşitleri Mikroşerit antenler fiziksel parametrelerinin sağladığı çeşitlilik sayesinde diğer mikrodalga antenlere göre daha geniş bir yelpazede sınıflandırılmaktadırlar. Pek çok farklı boyut ve geometrik yapıda tasarlanabilen mikroşerit antenler, mikroşerit yama antenler, mikroşerit boşluk antenler ve mikroşerit yürüyen dalga antenler olmak üzere üç temel grupta ele alınmaktadır. Bu temel sınıflamalar dışında kalan özel mikroşerit anten tasarımları da vardır Mikroşerit yama antenler Bu tip antenlerde dielektrik taban malzemenin bir yanı tamamen toprak düzlemi ile kaplanmış olup diğer yanında herhangi bir geometriye sahip düzlemsel iletken bir yama bulunmaktadır. Bu çeşit antenlerin karakteristik özelliğini ışıma yüzeyindeki yamanın geometrisi belirler. Günümüzde çok farklı geometrik şekiller kullanılarak mikroşerit yama anten tasarımı yapılmaktadır. Bu geometrilerden en çok kullanılanları dörtgen, dairesel, eliptik, beşgen ve halka şeklinde olanlardır [10]. Şekil 3.3 te yaygın olarak kullanılan yama tipleri görülmektedir. Bunların dışında farklı şekillerde yama tipleri de bulunmaktadır. Kare Daire Dikdörtgen Yuvarlatılmış Dörtgen Yarım Daire Elips Üçgen Çember Şekil 3.3 : Mikroşerit yama anten tipleri. Mikroşerit yama antenlerde ışıma yüzeyindeki iletken yamanın geometrik şekli farklı olmasına rağmen ışıma karakteristikleri benzerdir. Kazançları tipik olarak 5 6 db 26

47 seviyelerinde olup, derece arasında yarım güç huzme genişliğine sahiptirler [10] Mikroşerit boşluk antenler Mikroşerit boşluk anten kavramı mikroşerit hatların kullanımına yönelik çalışmalardan ortaya çıkmıştır. Bu tip antenlerde, dielektrik taban malzemesinin bir tarafında üzerinde ışıma boşluğu bulunan toprak düzlemi, diğer tarafında ise mikroşerit besleme hattı bulunmaktadır. Işıma boşluğu dikdörtgensel, dairesel veya dairesel halka şekillerinde olabildiği gibi daha farklı şekillerde de tasarlanabilmektedir. Boşluk antenlerde besleme çoğunlukla mikroşerit hat veya eş düzlemli dalga kılavuzu ile yapılmaktadır. Diğer mikroşerit antenlerle karşılaştırıldığında çapraz-polarizasyon seviyeleri (~ 35 db) oldukça düşüktür. Bu tür antenlerde ışıma boşluğun her iki tarafından çift yönlü şekilde gerçekleşmektedir. Ayrıca boşluğun bir tarafında kullanılacak iletken yansıtıcı ile tek yönlü ışıma da elde edilebilir. Parça ve şerit yapısının birlikte kullanımı mikroşerit anten tasarımında oldukça az toleranslarla istenen polarizasyona göre ışıma yapan antenlerin tasarlanmasını sağlamıştır. Dikdörtgensel, halka ve uca doğru incelen boşluk antenler en yaygın kullanılan mikroşerit boşluk antenlerdir. Şekil 3.4 te tipik bir mikroşerit boşluk anten tasarımı görülmektedir. Toprak Düzlemi Işıma Boşluğu Mikroşerit Hat Besleme Yalıtkan Taban Şekil 3.4 : Mikroşerit beslemeli mikroşerit boşluk anten yapısı Mikroşerit yürüyen dalga antenler Mikroşerit yürüyen dalga antenler, zincir şeklinde tekrarlanan iletkenlerden veya TE modu taşıyan bilinen uzun bir TEM hattın açık uç uyumlu bir dirençle sonlandırılmasından meydana gelir. Genel olarak periyodik yapıdadırlar. Mikroşerit 27

48 yürüyen dalga anten ve duran dalga anten olmak üzere iki grupta incelenirler. Mikroşerit yürüyen dalga antenler rezistif bir yükle sonlandırılırlar ve istenen yöne ışıma yapacak şekilde tasarlanabilirler. Duran dalga antenlerin ise sonu kapalı veya açık devre şeklindedir ve genellikle geniş kısım taraflarından ışıma yaparlar. Anten yapısındaki değişikliklerle ana huzme yatay veya düşey konum arasında herhangi bir açıya yönlendirilebilir. Tarak-hatlı, trapezoidal-hatlı, rampa-hatlı, zincir-hatlı ve mikroşerit parça dizi anten en yaygın kullanılan mikroşerit yürüyen dalga anten türleridir. Şekil 3.5 te değişik tipteki yürüyen dalga mikroşerit antenler gösterilmektedir. Şekil 3.5 : Mikroşerit yürüyen dalga anten türleri Mikroşerit halka antenler Gelişen teknolojiyle birlikte, kablosuz haberleşmede kullanılan taşınabilir cihazların boyutlarının küçülmesi, bu cihazlara adapte edilebilecek özelliklerdeki anten tasarımlarını zorunlu hale getirmiştir. Yaygın olarak kullanılan dikdörtgen, daire ve üçgen şekilli mikroşerit yama antenlerde, yama boyutları tipik olarak yarım dalga boyu kadardır. Genellikle dikdörtgen ve daire biçimli halka yama kullanılarak tasarlanan mikroşerit halka antenlerde, yama boyutları çeyrek dalga boyu değerlerine kadar düşürülebilmektedir [16]. Ayrıca halka elemanının genişlik-uzunluk oranındaki geometrik esneklik sağlaması, taşınabilir cihazların uygun yerlerine adapte edilebilecek anten tasarımlarının yapılabilmesini sağlamıştır. Bu nedenle küçük boyutlu anten tasarımı çalışmalarında mikroşerit halka antenler ön plana 28

49 çıkmaktadır. Halka antenler, halkanın uygun bir yerinde oluşturulan küçük bir yarık üzerinden eş eksenli hat ile doğrudan beslenebilmektedir [17, 18] Mikroşerit monopol antenler Farklı frekans bantlarında gerçekleşen kablosuz haberleşme uygulamalarının tek bir anten ile sağlanabilmesi için antenin çoklu-bant veya geniş-bant performans göstermesi gerekir. Mikroşerit monopol antenler, geniş bant aralığında ışıma yapabilmeleri ve uygun ışıma paternine sahip olmaları nedeniyle, kablosuz haberleşme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır [19]. Mikroşerit monopol antenlerde taban malzemesinin bir yüzeyinde iletken yama ve yamaya doğrudan bağlı olan mikroşerit besleme hattı bulunmaktadır. Bu antenleri tipik mikroşerit yama antenlerden ayıran temel özellik, toprak düzleminin sadece mikroşerit besleme hattı boyunca olan kısmının metal ile kaplı olmasıdır. Bu yapı mikroşerit monopol antenlere her iki düzlemde de ışıma yapma özelliği sağlamaktadır. Ayrıca toprak düzleminin büyük olması rezonans frekansını düşürürken, empedans bant genişliğini de bir miktar etkilemektedir. Şekil 3.6 da mikroşerit monopol anten tasarımı yer almaktadır [19]. Şekil 3.6 : Çift T şekilli mikroşerit monopol anten örneği. 29

50 3.4 Mikroşerit Antenlerin Besleme Çeşitleri Mikroşerit antenlerde besleme farklı yöntemlerle yapılabilmektedir ve genel olarak temaslı ve temassız olmak üzere iki ayrı sınıfta incelenebilir. Temaslı beslemede, elektriksel enerjinin taşındığı hat doğrudan ışıma elemanına bağlıdır. Mikroşerit ve koaksiyel besleme, temaslı besleme yöntemine örnek verilebilir. Temassız beslemede ise enerji hattı ile ışıma elemanı arasında elektromanyetik kuplaj ile enerji aktarımı yapılmaktadır. Açıklık kuplajlı ve yakınlık kuplajlı besleme, temassız besleme yöntemine örnek verilebilir. Antenin beslemesinde hangi tekniğinin tercih edileceği genellikle tasarlanan anten yapısına bağlıdır ve kullanılan besleme yöntemi antenin giriş empedansı ve polarizasyonu üzerinde büyük önem taşır. Bu nedenle anten beslemesinde empedans uyumunun sağlanması gerekmektedir Mikroşerit besleme Besleme hattı ışıma yüzeyi ile aynı taban malzemesi üzerindedir ve doğrudan ışıma yüzeyinin bir kenarına bağlıdır. İletim hattının genişliği ışıma yüzeyine göre daha incedir. Basit yapısı, tasarım ve üretiminin kolay olması mikroşerit besleme yönteminin en önemli avantajıdır. Fakat dielektrik taban malzemesinin kalınlığı arttıkça, yüzey dalgaları ve besleme hattı üzerindeki sahte ışıma artar. Bunun sonucunda antenin bant aralığı daralır. Şekil 3.7 de mikroşerit besleme yapısı görülmektedir. Mikroşerit Besleme İletken Işıma Yüzeyi t h Toprak Düzlemi Yalıtkan Taban Şekil 3.7 : Mikroşerit besleme yapısı. Mikroşerit beslemenin antene göre konumu göz önüne alındığında, merkezi ve merkez dışı besleme olmak üzere iki farklı mikroşerit besleme yöntemi vardır. 30

51 Besleme hattının konumunun değişmesi antenin rezonans frekansında kaymaya neden olur. Tasarlanan anten merkez beslemesinde istenen frekansta çalışmıyorsa, besleme yeri ile oynanarak istenen frekans düzeyine getirilmeye çalışılır. Merkez dışı besleme sadece istenen frekansı ayarlamak için değil, yer sıkıntısı ve elektronik cihazlara uyum sağlamak açısından da kullanılmaktadır. Elektronik cihazlar içine yerleştirilen antenlerde, her zaman istenen yerden besleme alınamayabilir, bundan dolayı besleme merkezden kaydırılır. Beslemenin merkezden kaydırılması rezonans frekansta kaymalara neden olmasına karşın ışıma görüntüsünde bir değişikliğe neden olmaz. Rezonans frekanstaki kayma, antenin veya anten üzerindeki iletken ışıma yüzeyinin boyutları değiştirilerek yok edilmeye çalışılır. Şekil 3.8 de anten konumuna göre mikroşerit besleme şekilleri yer almaktadır. a) Merkezi besleme b) Merkez dışı besleme Şekil 3.8 : Anten konumuna göre mikroşerit besleme şekilleri Koaksiyel besleme Koaksiyel besleme, koaksiyel kablonun işaret taşıyan iç ucunun iletken ışıma yüzeyine, topraklama için kullanılan dış kılıfının ise toprak düzlemine bağlanması ile gerçekleştirilir. Bunun için toprak düzlemi ile dielektrik taban üzerinde bir delik açılarak, koaksiyel kablonun iç ucu bu delik içinden iletken ışıma yüzeyine ulaştırılır. Üretim ve empedans uydurmada kolaylık, yüzey dalgalarından kaynaklanan sahte ışımanın az olması en önemli avantajlarıdır. Fakat bu besleme tekniğini kullanan antenlerin bant aralığı dardır. Ayrıca kalın dielektrik malzeme kullanımında modelleme zorlukları ve istenmeyen ışımalar artmaktadır [1]. Şekil 3.9 da koaksiyel besleme yapısı yer almaktadır. 31

52 İletken Işıma Yüzeyi Yalıtkan Taban Koaksiyel Prob Toprak Düzlemi a) Üstten görünüm b) Yandan görünüm Şekil 3.9 : Koaksiyel besleme yapısı Açıklık kuplajlı besleme Açıklık kuplajlı besleme, toprak düzlemin mikroşerit besleme hattı ile iletken ışıma yüzeyi arasına yerleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Mikroşerit besleme hattı alttaki yalıtkan tabakanın üstüne yerleştirilmiştir ve enerji, toprak yüzeyde oluşturulan açıklık üzerinden ışıma yüzeyine iletilmektedir. Genellikle üstteki yalıtkan tabaka düşük, alttaki yalıtkan tabaka ise düşük dielektrik sabitli malzemelerden seçilir. Şekil 3.10 da açıklık kuplajlı besleme yapısı yer almaktadır. İletken Işıma Yüzeyi Yalıtkan Taban Açıklık Yalıtkan Taban Toprak Düzlemi Mikroşerit Besleme Şekil 3.10 : Açıklık kuplajlı besleme yapısı. 32

53 Bu besleme tipinde toprak tabakası, besleme hattını ışıma yüzeyinden izole ederek polarizasyon saflığını arttırırken ve istenmeyen ışımaların etkisini azaltır. Yapının modellenmesi kolay olurken, üretimi diğer bağlantılı besleme tekniklerine göre daha zordur. Bu besleme tekniğini kullanan antenlerin bant aralığı dardır. Empedans uyumu genel olarak besleme hat genişliğinin ve boşluk boyutlarının değiştirilmesiyle sağlanır [1] Yakınlık kuplajlı besleme Yakınlık kuplajlı besleme, mikroşerit besleme hattının iki dielektrik tabakanın ortasına yerleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Işıma yüzeyi, üstteki dielektrik tabakanın üstünde yer alır. Toprak düzlemi ise alttaki dielektrik malzeme tabakasının altında yer alır. İletken ışıma yüzeyi ile besleme hattı arasında doğrudan bağlantı mevcut değildir. Besleme hattına gelen elektriksel işaretler vasıtasıyla oluşan elektromanyetik dalgalar, iletken ışıma yüzeyini indükleyerek, elektromanyetik dalga yayınlamasına sebep olurlar. Bu besleme tekniğini kullanan antenler, en yüksek bant genişliğine ve en az sahte ışımaya sahip mikroşerit antenlerdir. Fakat bu besleme tekniğini kullanan antenlerin tasarımı ve üretimi, diğer besleme tekniklerini kullanan antenlere göre daha zordur. Şekil 3.11 de yakınlık kuplajlı besleme yapısı yer almaktadır. İletken Işıma Yüzeyi Yalıtkan Taban Yalıtkan Taban Toprak Düzlemi Mikroşerit Besleme Şekil 3.11 : Yakınlık kuplajlı besleme yapısı. 33

54 3.5 Mikroşerit Antenlerin Analiz Yöntemleri Mikroşerit anten yapılarının analizlerine yönelik birçok yöntem geliştirilmiştir. İlk olarak Itoh ve Menzel tarafından mikroşerit antenlerin tam dalga analizleri yapılmıştır [20]. Bilgisayar sistemlerindeki gelişmelerle analitik yöntemlerin yerine sayısal yöntemler kullanılmaya başlanmıştır. Mikroşerit antenlerin analizlerinde kullanılan başlıca yöntemler diferansiyel denklem ve entegral denklem temelli olmak üzere iki grupta ele alınabilir. Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), Zaman Düzleminde Sonlu Farklar Yöntemi (FDTD) ve İletim Hat Modeli (TLM) diferansiyel denklem temelli, Momentler Yöntemi (MoM) ise integral denklem temelli sayısal analiz yöntemleridir [21]. Bu analiz yöntemleri arasında iletim hat modeli [21], boşluk modeli [22] ve tam dalga analiz modeli en fazla tercih edilen analiz yöntemleridir. Anten analizinde hangi sayısal yöntem ya da çözüm tekniğinin kullanılacağını belirleyen pek çok faktör olmakla birlikte en temel kriterler, problemin karmaşıklığı ve depolamak için gerekli hafıza miktarıdır İletim hat modeli İletim hat modeli, diğer analiz yöntemlerine göre daha az hesaplamayı gerektirir. Kare ve dikdörtgen yapıların analizinde kullanılabilen iletim hat modelinde, anten parametrelerine deneye dayalı formüllerle ulaşıldığından dolayı özellikle yüksek frekanslarda güvenilir sonuçlar elde edilememektedir. Buna rağmen bu yöntem, ışıma mekanizmasının karakteristiği için bile basit ifadeler verebildiğinden çoğu zaman tercih edilir. Transmisyon hat modeli ince dielektrik tabakalı antenler için kesinlik payı en yüksek olan iki metottan biridir. Modele göre, bir dikdörtgensel mikroşerit yama anten, W genişliğinde, h yüksekliğinde, L mesafesinde ışıyan iki dar yarık dizisi ile temsil edilebilir. Temel olarak, transmisyon hat modeli mikroşerit yama anteni L uzunluğundaki iletim hattını, Z c gibi düşük bir empedans değeri ile ayıran iki yarık ile temsil eder [1]. Yamanın boyutlarının, sonlu uzunluk ve genişlikte olması nedeniyle, yama kenarlarındaki alanlar toprağa doğru saçaklama etkisi gösterir. Saçaklama etkisi yamanın uzunluğu ve genişliği boyunca gözlemlenir. 34

55 3.5.2 Zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi Zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi, 1966 yılında Yee tarafından ortaya atılmıştır. Bilgisayar teknolojilerindeki gelişmelerle günümüzde her türlü elektromanyetik problem çözümlerinde kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. Zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi, Maxwell denklemlerindeki kısmi türev operatörlerinin sonlu farklar karşılıkları ile değiştirilip doğrudan zaman ve konum düzlemlerinde sayısallaştırılmasına dayanır [23] Sonlu elemanlar yöntemi Elektromanyetik problemlerin yaklaşık olarak çözülmesindeki en güçlü sayısal yöntemlerden biri olan sonlu elemanlar yöntemi, sınır değer fonksiyonlarını polinomlara veya diğer parça yaklaşımlara ayıran bilgisayar destekli sayısal bir analiz yöntemidir. Sonlu elemanlar yöntemi geliştirilmeden önce, sınır değeri problemleri, Ritz varyasyonel ve ağırlıklı kalanlar (weighted residuals) olarak isimlendirilen yöntemler ile çözülmekteydiler. Problem geometrisinin karmaşık olduğu durumlarda Ritz ve ağırlıklı kalanlar yaklaşımları yetersiz kalabilmektedir. Bu yöntemlerde baz fonksiyonlarının her biri problem uzayının tamamında tanımlıdır. Bu yüzden iki ve üç boyutlu karmaşık yapılı problemlerin çözümünde baz fonksiyonları ile yeterli yakınsama sağlayabilmek için gerekli olan baz fonksiyonu sayısı çok fazla olabilmektedir. Bazı durumlarda ise tam olarak yakınsama mümkün olamamaktadır. Sonlu elemanlar yönteminde ise, baz fonksiyonları belirli bir sonlu eleman üzerinde tanımlandıklarından, her bir eleman için baz fonksiyonları ile yakınsama sağlanabilmektedir. Sonlu eleman boyutlarının problem uzayına oranla çok daha küçük olması, daha az sayıda baz fonksiyonu ile tanımlama yapılmasını sağlarken aynı zamanda yakınsamadaki doğruluk oranını da artırmaktadır [24]. Sonlu elemanlar yöntemi kullanıldığı uygulamalara göre bazı farklılıklar gösterse de aslında problem uzayının ayrıklaştırılması, baz fonksiyonlarının seçilmesi, denklem sisteminin oluşturulması ve denklem sisteminin çözülmesi olan dört temel aşamada gerçekleştirilmektedir. Sonlu elemanlar yönteminin ilk adımı olan ayrıklaştırma işleminde, W ile gösterilen problem uzayı W e (e=1, 2,, N) ile ifade edilen N tane sonlu elemana bölünmektedir. Sonlu elemanlar, problemin yapısına ve fiziksel özelliklerine göre farklı şekillerde olabilmektedir. Şekil 3.12 de tipik sonlu eleman örnekleri yer almaktadır. 35

56 Şekil 3.12 : Tipik sonlu eleman örnekleri. Bir boyutlu (1B) uygulamalarda genellikle birbirlerine eklenerek orijinal doğruyu oluşturan kısa doğru parçaları seklinde iken, iki boyutlu (2B) uygulamalar için üçgen ve dörtgenlerden olusan düzlemsel elemanlar kullanılmaktadır. Üç boyutlu (3B) uygulamalarda ise üçgen prizma, dört yüzlü veya dörtgen prizma gibi hacimsel elemanlar tercih edilmektedir. Şekil 3.13 te tipik bir 2BFEM (iki boyutlu sonlu eleman) mikroşerit anten problem uzayının üçgen elemanlarla ayrıklaştırılma modeli yer almaktadır [24]. Şekil 3.13 : 2B-FEM mikroşerit anten problem uzayı ve uzayın ayrıklaştırılması. Sonlu elemanlar analizinde, bilinmeyen fonksiyon değerleri, sonlu elemanların düğüm noktalarında veya ilgili kenarlar üzerinde tanımlanmaktadır. Elemanların düğüm noktaları; lineer doğru parçaları için doğruların iki ucu, üçgen veya dörtgen 36

57 gibi düzlem parçaları için köşe noktalardır. Problemde her bir sonlu eleman, düğüm noktalarının yerel ve genel koordinat bilgileriyle tanımlanmaktadır. Yerel numara düğüm noktasının ilgili eleman içindeki konumunu belirten koordinat değerini içerirken, genel numara sistemin bütünü içindeki konumu tanımlamaktadır. Numaralandırma işlemi çözümün son aşamasında elde edilen katsayılar matrisini doğrudan etkilediğinden, belirli bir sistematiğe göre yapılarak işlemsel yük azaltılabilir [24]. Her bir sonlu eleman şekil veya baz fonksiyonu olarak adlandırılan yaklaşık enterpolasyon polinomlarıyla ifade edilmektedir. Baz fonksiyonları ele alınan probleme uygun olarak ilgili sonlu elemanın düğüm noktaları veya kenarları esas alınarak düğüm-tabanlı (node-based) veya kenar-tabanlı (edge-based) oluşturulmakta, çoğunlukla lineer, gerekli durumlarda ise yüksek mertebeden genişletilmiş şekilde olabilmektedir. Laplace, Poisson ve Helmholtz denklemleri gibi iki boyutlu statik alan problemlerinin çözümünde genellikle düğüm-tabanlı baz fonksiyonları kullanılırken ışıma ve saçılma gibi üç boyutlu elektromanyetik problemlerin çözümünde kenar-tabanlı baz fonksiyonları kullanılmaktadır [24]. Sonlu elemanlar yönteminin önemli bir aşaması olan denklem sistemin oluşturulmasında Ritz veya Galerkin yaklaşımlarından bir tanesi kullanılarak, lineer bir denklem sistemi elde edilir. Bu denklem sistemi çözülmeden önce tanımlanan sınır koşulları da sisteme dahil edilmelidir. Başlıca sınır koşulları Drichlet ve homojen Neumann sınır koşullarıdır. Drichlet sınır koşulu zorunlu bir sınır koşulu olup, bu koşul tanımlandığında geçerli olduğu noktalardaki değerler doğrudan yerine konmaktadır. Homojen Neuman sınır koşulu doğal sınır koşulu olduğundan çözüm işlemleri sırasında kendiliğinden sağlanmaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi uygulanarak elde edilen denklem sisteminin çözülmesi ile bilinmeyen fonksiyon yaklaşık olarak elde edilmektedir. İlgili matrisin çözümünde bilinmeyen sayısının fazla olduğu durumlarda iteratif yöntemler kullanılırken, az olduğu durumlar için direkt çözümler tercih edilmektedir [24]. 3.6 Mikroşerit Antenlerin Avantajları, Dezavantajları ve Uygulama Alanları Mikroşerit antenler, diğer mikrodalga antenlere göre çeşitli avantajlara ve üstünlüklere sahiptirler. Mikroşerit antenlerin avantajlı yönlerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz; 37

58 Küçük hacimli ve hafif bir yapıya sahiptirler. Kolay üretilebilirler ve üretim maliyetleri düşüktür. Yüksek mekaniksel dayanıklılığa sahiptirler. Mikroşeritler sayesinde çok küçük boyutlu yapıların içine veya dışına kolayca monte edilebilirler. Esnek taban malzemesi kullanarak, istenilen yüzeye uygun anten tasarlamak mümkündür. İnce yapıları sayesinde uzay araçlarının aerodinamiğini bozmazlar. Güdümlü füze, roket ve uydu yapılarında büyük değişikliklere neden olmadan, bu yapılara kolayca monte edilebilir. Radar kesit alanları düşüktür. Tek veya çoklu frekans bantlarında çalışabilirler. Besleme yerinde küçük değişikliklerle doğrusal veya dairesel polarizasyonlu ışıma yapılabilirler. Modülatör, kuvvetlendirici, değişken zayıflatıcı, anahtar, osilatör, karıştırıcı, faz değiştirici gibi yarı iletken elemanlar ile aynı taban malzemesi üzerinde yapılabilirler. Mikroşerit antenlerin dezavantajlı yönlerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz; Bant genişlikleri dardır. Çeşitli kayıplar nedeniyle verimlilikleri ve kazançları düşüktür. Maksimum kazancın pratik sınırları yaklaşık 20 db dir. Işıma yapan elemanlar ve besleme arasındaki yalıtım zayıftır. Boyuna dizi ışıma performansı zayıftır. Düşük polarizasyon saflığına ve tarama performansına sahiptirler. Mikroşerit antenlerin çoğu yarım bir uzaya ışıma yaparlar. 38

59 Mikroşerit antenler konusunda yapılan araştırma ve geliştirmelerin devam etmesi ve mikroşerit anten kullanımının artmasıyla, mikroşerit antenlerin uygulama alanları sürekli genişlemektedir [1]. Mikroşerit antenlerin bazı uygulama alanları şunlardır; Kablosuz sistemler, Uydu haberleşmesi, Gezgin haberleşme, Güdümlü füzeler, Biomedikal ölçümler, Uzaktan algılama sistemleri. 39

60

61 4. HABERLEŞME TEKNOLOJİLERİ VE METAMALZEMELER Bu bölümde önce haberleşme teknolojilerinin ortaya çıkışı ve gelişimi hakkında bilgiler verilecek, daha sonra çalışmamızda tasarlanacak olan antenin kullanılabileceği haberleşme teknolojileri hakkında genel bilgiler verilecektir. Daha sonra metamalzemeler ile ilgili temel kavramlar, elektromanyetik özellikleri ve türleri genel olarak anlatılacak ve metamalzeme yapıların bir türü olan yapay manyetik iletken (Artificial Magnetic Conductor - AMC) yapılar incelenecektir. 4.1 Kablosuz Haberleşme Teknolojileri İnsanoğlu geçmişten günümüze başka insanlarla değişik yollar kullanarak iletişim kurmaya çalışmıştır ve iletişim zaman içerisinde insanoğlunun zorunlu ihtiyaçlarından birisi haline gelmiştir. İnsanlar bu zorunlu ihtiyaçlarını gidermek ve kolaylık sağlamak için zaman içerisinde sürekli gelişme göstermişlerdir. İnsanlar ilk çağlarda uzak mesafeler arasında birbirlerine bağırarak haberleşmeye çalışmış, ancak 5-10 watt kadar olan insan bağırma sesinin yetersiz olduğunu görmüşler ve çeşitli aletlerle daha güçlü sesler çıkararak haberleşmişlerdir. Ateşin icadıyla birlikte ateş ve duman, daha sonraki yıllarda bayrak ve ışık uzak mesafelerle haberleşmek için kullanılmaya başlanılmıştır. Claude Chappe 1793 yılında icat ettiği mesaj iletme makinesine, "uzaktan yazan" anlamında "telgraf" adını vermiştir. Tepeler üzerine kurulan, birbirini gören kuleler ve kule tepesine takılmış, 49 değişik konuma ayarlanabilen hareketli kolların kullanılmasıyla oluşturulan işaretler çok uzaklara gönderilebiliyordu. Her konum bir harfe veya bir rakama karşılık geliyor ve böylece mesaj anlaşılıyordu. Elektrikle ilgili gelişmeler sonucu, ilk elektrikli telgraf 1837'de William Cooke ve Charles Wheatstone tarafından yapılmıştır te Amerikalı bir ressam olan Samuel Morse, nokta ve çizgiden oluşan bir alfabe geliştirdi ve böylece hala kullanılmakta olan Mors alfabesi ortaya çıktı. 1858'de Wheatstone kağıt şeritlerin delinmesiyle sinyal gönderilen sistemi geliştirdi. Daha sonraları ses sinyallerine dönüştürülen işaretler direk olarak operatörün dinlemesi ve yazıya dökülmesi ile 41

62 alınmaya başlandı yılında A.Graham Bell elektrik telleri üzerinden ilk insan sesini iletmeyi başarmış ve bu aletin adına uzaktan konuşma anlamında telefon adını vermiştir de Heinrich Hertz bir kıvılcım makinası tarafından yayılan elektrik işaretlerinin arada tel olmadan daha uzak mesafelerden alındığını göstermiştir. İtalyan mucit Guglielmo Markoni yaptığı çalışmalar sonucu ilk radyo sayılabilecek cihazı geliştirmiş, Mors alfabesi ile haberleşen bu aygıtla 1901 yılında, İngiltere deki Cornwall dan Kanada ya bağlı Newfoundland e radyo sinyalleri göndermeyi başarmıştır. Böylece elektromanyetik dalgalar aracılığı ile Atlantik aşırı ilk kablosuz haberleşme gerçekleştirilmiştir. O tarihten günümüze kadar, elektromanyetik kablosuz haberleşme, analog işaretleşmeden başlayıp sayısal işaretleşmeye dönüşen bir gelişim izlemiştir. Mobil haberleşmede teknolojik gelişmeler genellikle nesil (generation) terimi ile tanımlanmaktadır. Şekil 4.1 de kablosuz haberleşme teknolojilerindeki gelişim yer almaktadır. Şekil 4.1 : Kablosuz haberleşme teknolojilerinde gelişim Birinci nesil (1G) haberleşme teknolojisi Birinci nesil haberleşme teknolojileri, 1980 yıllarında ortaya çıkan ve 2G sayısal telefonlar çıkıncaya kadar kullanılan analog tabanlı haberleşme teknolojileridir. 1G ve 2G mobil telefon sistemleri arasındaki en temel fark; 1G şebekelerinin analog, 2G şebekelerinin ise sayısal radyo sinyalleri kullanmasıdır. Bununla birlikte 1G ve 2G şebekelerinin her ikisinde de cep telefonları baz istasyonları ile sayısal olarak haberleşmektedir. Tek fark baz istasyonlarının şebekenin geriye kalanı ile haberleşme için kullandığı teknolojidir. Birinci nesil sistemlerin getirdiği en temel yenilik, hücresel haberleşme yapısıdır. Hücreler arası geçiş yapılabilmesi mobil haberleşmeyi sağlıyordu. Fakat bu sistemlerde analog işaretleşmenin getirdiği interferans problemi nedeni ile iletişim kalitesinde düşüklükler ve bilgi güvenliğinde açıklar oluşuyordu. Ayrıca bu sistemin sadece ses iletimi için tasarlanmış olması ve başka bir çoklu ortam verisi gönderilememesi diğer dezavantajlarıydı. Daha hızlı ve 42

63 kaliteli iletişim ihtiyacının oluşmasıyla ikinci nesil gezgin haberleşme sistemleri geliştirilmiştir [25] NMT Nordic mobil telefon NMT, Nordic Haberleşme Firması tarafından 1970 de ortaya atılan, mobil telefon ağlarına olan yoğun ihtiyaç ve talep sonucunda 1981 de hizmet vermeye başlayan bir mobil telefon sistemidir. Bu hizmeti ilk kullananlar Finlandiya dan ARP (150 MHz) ve İsveç, Norveç ve Danimarka da hizmet veren MTSD (450 MHz) şebekeleridir. NMT temeli anologdur (1G) ve NMT-450 ve NMT-900 olarak iki türü bulunur. Buradaki 450 ve 900 frekans bantlarını belirtmektedir [25] AMPS İleri mobil telefon sistemi AMPS birinci nesil hücresel teknolojidir ve FDMA teknolojisini kullanır. FDMA teknolojisinde yapılan her konuşma farklı kanallar kullanılarak bölünür. Bu yönüyle eski 0G IMTS hizmetine benzemektedir. Fakat AMPS arama yönetimi, güç yönetimi ve frekans yönetimi açısından eski teknolojilerden üstündür. AMPS ile hücre teriminin ilk kez ortaya çıkmıştır ve sistemde küçük hücreler kullanılmıştır. Bu hücreler AMPS i daha başarılı yapmıştır. Çünkü bu sistem frekansların tekrar tekrar kullanılmasını sağlamıştır, böylece sistemin farklı parçalarındaki insanlar birbirlerinin kullanımı engellemeden aynı frekansı kullanabilmişlerdir. Daha sonraki yıllarda GSM ve CDMA gibi daha yeni teknolojiler AMPS nin yerini almıştır [25] CDPD Hücresel sayısal paket data CDPD normal olarak AMPS mobil telefonlarında kullanılmayan 800 ve 900 MHz bantlarını veri transferi için kullanır. İletişim 19.2 kbit/s hızına kadar çıkabilir yılının başlarında geliştirilen CDPD geleceğin teknolojisi olarak görülmekteydi. Fakat kullanıcılarına sunduğu seçenekler oldukça kısıtlı olmasından dolayı kendisinden sonra gelen 2G hizmetleriyle kıyaslandığında genel olarak başarısız kabul edilmektedir [25] İkinci nesil (2G) haberleşme teknolojisi İkinci nesil mobil telefon teknolojisi, 1G teknolojisine benzer olarak hücresel bir ağ sistemi kullanır. 2G ile 1G arasındaki en büyük fark, analog veri yerine sayısal veri kullanılmaya başlanmış olmasıdır. Bu teknolojide ISDN'e benzer bir yapı 43

64 kullanılmıştır. Tüm cihazlar, bağlantı ve durum verilerini aynı kanal üzerinden yollarlar. Bağlantı kurulduğunda, veri (veya ses) akışı bir kanal üzerinden yapılır. Her kullanıcı veri paketleri alıp verdiği sürece kanalı elinde tutar ve paylaşmaz. 2G'nin sağlamış olduğu en büyük yenilik olan sayısal teknoloji, daha yüksek ses kalitesi ve kapasite, sesi ve verileri şifreleme imkânı, kısa veri iletimi (kısa mesaj, hücre bilgisi, v.b.) birçok yeniliği de beraberinde getirmiştir. 2G standardı çıktığı zaman çok bant genişliği ve az işlemci vardı, dolayısıyla hattı kullanmazken bile meşgul eden bir teknoloji oluşturulması en büyük dezavantajıdır [25] GSM 2G teknolojisi için en tipik örnek GSM dir. GSM sistemi, Avrupa'daki sivil el ve araç telefonu kullanıcılarını tek sistem altında toplamak amacıyla 1982 yılında CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) tarafından geliştirilmesine karar verilen hücresel ve sayısal bir sistemdir. GSM, 1987 yılında 30 Avrupa ülkesi tarafından standart olarak kabul edilmiştir. İlk GSM standartları 1990 yılında yayınlanmıştır. Bir Avrupa standardı olarak başlamasına rağmen GSM kısa sürede dünyaca benimsenerek bir dünya standardı haline gelmiştir. ABD'de bu standartların kullanılabilmesi için ANSI (American National Standards Institute-Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü) devreye girmiş ve GSM standartları ABD'de de yayınlanarak uygulamalarına başlanmıştır. GSM in getirdiği değişikliklerin başında ses iletiminin de sayısallaştırılması, kısa ileti hizmeti (SMS) ile ikincil bir veri tipinin iletilmesine olanak sağlaması sayılabilir. Sayısal iletime geçiş sayesinde daha kaliteli ses iletimine olanak sağlamış, ses taşıma kapasitesini de artırmıştır. Ayrıca GSM gönderilen ses ve verinin şifrelenmesine imkan sağlamıştır. GSM in kullanılan frekans bantlarına göre GSM- 900, GSM-1800 olmak üzere iki tipi mevcuttur. Şekil 4.2 de GSM-900 ve GSM için alım ve gönderim frekansları yer almaktadır. 44

65 Şekil 4.2 : GSM 900 ve GSM 1800 için frekans kullanımı. İnternet kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte GSM'in sunduğu 9.6 kbps veri taşıma kapasitesi yetersiz kalmaya başlamıştır. Bundan dolayı HSCSD standardı çıkartılmıştır. Bu standart ile bir cihaz, birçok kanalı aynı anda kullanarak 43.2 kbps'ye kadar veri iletişimi yapabilmektedir. Fakat HSCSD yapısı da aynı GSM gibi veri iletilmediği zamanlarda bile hattı meşgul ettiği için şebekelere sorun çıkartmıştır. Bunun üzerine bandın sadece veri iletilirken kullanıldığı GPRS standardı ortaya çıkartılmıştır. GPRS devre anahtarlamalı bağlantı yerine paket anahtarlamalı bağlantı kullanarak, veri iletimi yokken, zaman veya frekans kanalının gereksiz kullanımını önlemektedir. GPRS ile cep telefonlarından internete erişmek mümkün hale gelmiştir. GPRS yalnız gezgin olarak internet'e erişimi sağlamakla kalmayıp, bu erişimi sabit hatların kapasitelerinin çok daha üzerindeki veri iletim hızlarıyla sağlayıp, 3G doğrultusundaki gelişim çizgisinin de önemli bir basamağı olmuştur. GSM şebekesi üzerinde tek bir trafik kanalının yalnız bir kullanıcıya tahsis edilmesi, şebekenin en meşgul olduğu saatlerde trafiğin de yüklü olmasına neden olur. Fakat GPRS'in tek trafik kanalını birden fazla abonenin kullanımına olanak veren paket anahtarlamalı yapısı, şebeke kapasitesinin artmasına imkân vermektedir ve GSM standardının kullandığı devre anahtarlamalı yapıya göre avantaj sağlamaktadır. İkinci nesil teknolojilerde son olarak, GPRS'in hızını artırmak için GSM modülasyon tipi değiştirilerek EDGE teknolojisi yaratılmıştır. EDGE ile pratikte 384 kbps hızında veri transferi mümkündür. EDGE nin iletim hızını öncüllerine göre bu kadar yükseltmesinin sebebi, GMSK modülasyonuna ek olarak, 8PSK modülasyonunu da gerektiğinde kullanabilmesidir. Getirdikleri değişikliklerle tipik ikinci nesil temsilcisi GSM den oldukça ayrılan GPRS ile EDGE ye sırasıyla 2.5G ve 2.75G olarak 45

66 adlandırılmaktadır [25]. Şekil 4.3 te haberleşme teknolojileri ve destekledikleri veri iletim hızları yer almaktadır. Şekil 4.3 : Haberleşme teknolojileri ve destekledikleri veri hızları Üçüncü nesil (3G) haberleşme teknolojisi 3G mobil telekomünikasyon sistemlerinin çerçevesi Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (International Telecommunications Union - ITU) tarafından belirlenmiştir. ITU, hem karasal hem de uydu sistemlerini kullanabilen, 2G ve sabit sistemlerle uyumlu çalışabilen ve bunların yanı sıra, yüksek hareketlilik içeren her türlü telsiz ortamında 144 Kbit/sn, düşük hareketli ortamlarda 384 Kbit/sn, hareketsiz ortamlarda da 2 Mbit/sn veri iletimini sağlayabilen, çift yönlü veri iletebilme yeteneği olan, hem devre anahtarlamalı hem de paket anahtarlamalı veri iletimini destekleyebilen, daha kaliteli ses hizmeti sağlayabilen, spektrumu verimli kullanabilen, 2G sistemleri ile kesintisiz iletişim sağlayabilen, uluslararası dolaşım yeteneği bulunan, çoklu ortam uygulamaları için terminallere aynı anda birden fazla hizmet sunulabilen mobil telekomünikasyon sistemlerini 3G olarak kabul etmiştir. Bu sistemler ITU tarafından genellikle IMT-2000 sistemleri olarak ifade edilmektedir. IMT, Uluslararası Gezgin İletişim i (International Mobile Telecommunication), 2000 ise hem bu alanda geliştirilmiş ilk deneme sistemleri için belirlenmiş tarihi, hem de bu standartlardaki sistemlerin çalıştığı 2000 Mhz 46

67 civarındaki frekans bölgesini temsil etmektedir [26]. Diğer taraftan, Avrupa Parlamentosunun ve 14 Aralık 1998 tarihli konseyin kararına göre UMTS, GSM gibi ikinci nesil sistemlerin yeteneklerinin ötesinde özellikle yenilikçi çoklu ortam hizmetlerini destekleme ve karasal ve uydu bileşenlerinin birlikte kullanılması yeteneğine sahip üçüncü nesil mobil ve telsiz iletişim sistemini ifade etmektedir. Bu sistemin en az aşağıdaki özellikleri desteklemesi gerekmektedir. Çoklu ortam yeteneği, farklı coğrafi alanlarda GSM gibi 2G sistemlerin yeteneklerinin ötesinde tam ve düşük mobiliteli uygulamalar, İnternete, iç ağlara ve diğer IP tabanlı hizmetlere verimli erişim, Sabit şebekelere eşit ve yüksek kaliteli ses iletimi, Ayrık IMT-2000/UMTS ortamları arasında, uygun olduğu durumlarda, hizmet taşınabilirliği (Ör: kamu/özel/iş; sabit/mobil), GSM'le ve IMT-2000/UMTS şebekelerinin karasal ve uydu bileşenleri arasında tam dolaşım ve kesintisiz bir ortamda çalışma, Telsiz erişim şebekesi: Tüm hizmetlere (eşzamansız trafiği destekleyen ve uyumlaştırılmış frekans bantlarında bant genişliği / isteğe bağlı veri hızına izin veren paket veri tabanlı hizmetler dahil) erişim için yeni karasal hava arayüzleri, Çekirdek şebeke: Sabit/mobil yakınsamasını dikkate alarak mevcut çekirdek şebeke sistemlerinin (ör: geliştirilmiş GSM şebekesi) evrimi üzerine kurulu tam bir dolaşım işlevi de dahil olmak üzere çağrı yönetimi, hizmet denetimi, konum ve mobilite yönetimi. 3G sistemlerinde iletim hızı herhangi bir hizmetin kalitesini belirleyen temel etkenlerden olsa da uluslararası dolaşımın desteklenebilmesi, spektrumun verimli kullanılması gibi ITU tarafından belirlenen diğer özellikler de 3G sistemlerinin taşıması gereken özelliklerindendir ve bunların hepsinin bir bütün olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Başlangıçta, IMT-2000 ile tek bir standart hedeflenmesine rağmen bölgesel ve ulusal farklılıkları çözmek amacıyla, 1998 yılında 3GPP (Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi) kurulmuş ancak bu organizasyon Avrupalı GSM tedarikçilerinin etkisinde kalmıştır. Hemen ardından da ABD li CDMA tedarikçilerinin desteklediği 3GPP2 (Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi 2) 47

68 Forumu oluşturulmuş ve yine bölgesel farklılığa doğru bir gelişme görülmüştür. Birliktelik sağlamaya yönelik bu projelere rağmen, katılımcıların bölgesel ve ulusal menfaatlerini ön plana çıkarmaları sonucu tek bir IMT-2000 standardına erişmek imkansız hale gelmiştir. Bununla birlikte, Avrupa nın desteklediği WCDMA ve Amerika nın desteklediği CDMA2000 standartları günümüzde en çok kullanılan 3G standartlarını oluşturmaktadır. Şekil 4.4 te UMTS frekans dağılım şekli yer almaktadır. Şekil 4.4 : UMTS frekans dağılımı. Dünyanın birçok bölgesinde, UMTS/IMT-2000 operatörleri için ayrılmış olan spektrum WARC-92 de ve ITU-Telsiz Tüzüğü (Radio Regulations) içinde tanımlanan frekans bantlarıdır. UMTS/IMT-2000 için tanımlanan MHz ve MHz bandı sistemin ilk kurulumunda, ana bantlar olarak değerlendirilmektedir [26] kablosuz ağ standartları standartlarının ISM (Industrial-Scientific-Medical) bantları olarak da adlandırılan 2.4 GHz ( GHz UHF) frekans bandı ile 5 GHz ( GHz SHF) bandında çalıştığı söylenebilir. Bu frekans tayfları lisanssızdır ancak bazı ülkelerde 5 GHz bandının kullanımına birtakım kısıtlamalar getirilmiştir [27] b standartı ve özellikleri WLAN standartları hazırlamak üzere IEEE 802 Yürütme Kurulu (Executive Committee) tarafından kurulan Çalışma Grubu (Working Group) 1-2 Mbps data hızına sahip olan standardının gelecekteki ihtiyaçları karşılamak üzere bir uzantısı olarak b standartlarını hazırlamıştır a ile aynı tarihlerde açıklanmasına rağmen b standardı üreticiler ve kullanıcılar arasında büyük kabul görmüştür b standardı Wi-Fi (Wireless Fidelity - Kablosuz Bağlılık, WLAN sistemleri veya IEEE b standardı için kullanılan ifadedir) olarak adlandırılmış ve üzerinde Wi-Fi logosu bulunan ürünler marka bağımsız olarak 48

69 birlikte uyumlu olarak çalışmaktadır. 2.4 GHz bandında MHz frekans aralığı kullanılarak 11 Mbps e kadar veri iletişim hızlarına ulaşılmaktadır. Kapsama alanı kapalı alanlarda metredir b standardı büyük bir başarı elde etmesine rağmen diğer sistemler tarafından yaratılan enterferansa maruz kalmaktadır. Çünkü aynı frekans bandı Bluetooth, HomeRF, mikrodalga fırınlar, kablosuz telefonlar ve amatör telsizler tarafından da kullanılmaktadır. Enterferans veri iletişim hızının düşmesine ya da kesilmesine neden olmaktadır. Gelecekte sadece WLAN sistemlerine tahsis edilmiş frekans bantlarında çalışan, daha yüksek veri iletişim hızına, daha iyi servis kalitesine ve güvenliğine sahip sistemlerin b standardının yerini alması tahmin edilmektedir [27] a standartı ve özellikleri a standardı, RF teknolojisi olarak daha yeni ve gelişmiş bir teknoloji olan OFDM modülasyon tekniği kullanarak GHz SHF frekans bandında 54 Mbps veri iletişim hızı sağlamaktadır. Bu teknoloji b ile kıyaslandığında birçok üstünlüğe sahiptir b de 11 Mbps olan veri iletişim hızı a da 5 kat artırılarak 54 Mbps e ulaşmaktadır. Yüksek iletişim hızlarına ihtiyaç duyan sistemlerin yaygınlaşması a nın önemini artırmıştır. OFDM modülasyon tekniği de benzer sistemlerden gelen enterferansa karşı duyarlıdır. Ancak a nın çalıştığı 5 GHz frekans bandı diğer sistemler tarafından daha az kullanılmaktadır. Bu nedenle enterferans riski 2.4 GHz bandına oranla daha düşüktür a standardı daha büyük bir kapasiteye sahiptir. Çünkü 5 GHz bandında enterferans yapmayan 12 kanal (Avrupa da 19 kanal) WLAN sistemleri için tahsis edilmiştir. 2.4 GHz bandında ise yalnızca 3 kanal bulunmaktadır. Toplam bant genişliği açısından bakıldığında ise 5 GHz de bulunan 200 MHz (Avrupa da 455 MHz), 2.4 GHz deki 83.5 MHz e göre oldukça yüksektir. Ancak bütün bu avantajlarının yanında a standardının bazı dezavantajları da vardır. Bunlar aşağıda sıralanmıştır. RF teknolojisinde iletişim mesafesi çıkış gücü, frekans, anten kazancı ve benzeri birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir. Diğer parametreler sabit kaldığında, frekansın artmasıyla iletişim mesafesini kısaltması a standardının en önemli dezavantajıdır b standardı için 100 m olarak 49

70 belirtilen iletişim mesafesi a standardında 75 m olmaktadır. Kapsama alanı kapalı alanlarda 7,5-22,5 metre şeklindedir [27] g standartı ve özellikleri Teknolojik olarak 2.4 GHz bandında çalıştığı için b nin özelliklerini taşır GHz UHF spektrumunu kullanır ve toplam 54 Mbps bant genişliği sunar g'nin yüksek hızı, a standardında da kullanılan OFDM modülasyonunu kullanmasıyla sağlanmaktadır. Kapsama alanı kapalı alanlarda metredir b ürünleriyle uyumlu çalışabilir. Bu standart ile video uygulamaları da dahil olmak üzere, bir çok multimedya uygulaması desteklenebilir hale gelmektedir g'nin dezavantajları b benzerlik taşımaktadır. Üst üste binmeyen sadece üç kanal kullanılması ve sinyalin hala kablosuz telefon ve mikrodalga fırınlardan etkilenmesi söz konusudur [27]. 4.2 Metamalzemeler Keşfedildikleri günden itibaren metamalzemelere olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Metamalzemeler incelenmesi şu anda mühendislik ve fizik alanlarında en aktif konularından biridir. Yakın gelecekte günlük hayatımızı önemli ölçüde değiştirecek potansiyele sahip ve gelişmekte olan teknolojilerden biri olarak kabul edilmektedir. Doğal olarak elde edilebilen malzemelerin elektromanyetik özellikleri fiziksel nedenlerle sınırlıdır. Bu nedenle, doğal malzemelerde bulunmayan elektromanyetik özelliklere sahip yapay malzemelerle ilgili son yıllarda yapılan çalışmalar oldukça fazladır. Bu yapay karmaşık malzemeler, doğal malzemelerde bulunmayan olağanüstü elektromanyetik özellikleri elde edilmesine izin verir. Sıra dışı özelliklerinden dolayı bu yapay karmaşık malzemeler metamalzemeler olarak adlandırılırlar. Elektromanyetik araştırmalarda ve literatürde kullanılan metamalzeme (metamaterial) terimi ilk kez 1999 yılında R. M. Walser tarafından ortaya atılmıştır [28]. Walser metamalzemeleri doğada bulunmayan, üç boyutlu, optimize kombinasyon oluşturmak için periyodik hücresel yapıda tasarlanmış, belirli bir uyarmada iki veya daha fazla yanıt üreten yapılar olarak tanımlamıştır. Metamalzemeler için günümüzde belirli bir frekans aralığında olağandışı elektromanyetik özellikler (ters dalga yayılması, negatif kırılma, yasak bölgelerin varlığı,...) gösteren ve bu özellikleri bileşiminden çok yapısı sayesinde kazanmış olan 50

71 yapay yapı veya malzeme şeklinde başka bir tanımlama da vardır [29]. Metamalzemeleri, diğer kompozit malzemelerden ayırt etmek için, metamalzeme tanımı genellikle alışılmadık özelliklere sahip bir malzemeler için kullanılır. Yukarıda yapılan tanımlamalardan da, metamalzeme teriminin genel bir kavram olduğu açıktır. Metamalzemeler, kendilerinin üretiminde kullanılan malzemelerden daha üstün elektromanyetik özelliklere sahip, periyodik yapılara sahip, yapay tasarlanmış karmaşık elektromanyetik işlevsel yapılı malzemelerdir. Ayrıca sahip oldukları bu özellikler doğada gözlenmeyen özelliklerdir. Metamalzemeler doğada gözlenmeyen bu elektromanyetik özellikleri elde etmek için insanlar tarafından tasarlanmışlardır. Bu özellikler metamalzemenin bileşenleri ve şekli ile belirlenemeyen, elektromanyetik alanlar ile özel etkileşimler sonucu ortaya çıkan yeni özelliklerdir. Başka bir deyişle metamalzemeler, kompozisyonu nedeniyle oluşan yeni özelliklere sahip malzemelerin ortak varlığıdır. Metamalzemeleri tanımlayan "yapay tasarlanmış karmaşık elektromanyetik işlevsel yapılı malzemeler" ifadesini aşağıdaki gibi kelimelere ayırarak incelersek daha anlaşılır hale getirilebilir. Tanımdaki yapay kelimesi doğada varolmayan, tasarlanmış kelimesi belli özellikleri elde edebilmek için insanlar tarafında oluşturulan, karmaşık elektromanyetik kelimeleri malzemenin elektromanyetizma içerisinde farklı bileşenlerden oluştuğunu ve eşdeğer homojen geçirgenlik ve eşdeğer geçirgenlik açısından tarif edilebileceğini, işlevsel kelimesi malzemenin belli bir işlevi yerine getirmek için tasarlandığını, yapılı malzemeler kelimeleri ile mevcut malzemelerin akıllı kombinasyonları ile mekaniksel özelliklerde büyük gelişmeler elde edilebileceği anlatır. Metamalzemeler birçok sınıfa ayrılmaktadırlar. Metamalzemeler kavramı araştırmacılar tarafından oldukça genel kabul edilir ve frekans seçici yüzeyler (frequency selective surfaces - FSS), elektromanyetik/fotonik bant aralıklı yapılar (electromagnetic/photonic bandgap - EBG/PBG), sol-el malzemeler (left-handed - LH), yapay manyetik iletkenler (artificial magnetic conductors - AMC) veya yüksek empedanslı yüzeyler (high-impedance surfaces - HIS), yapay yalıtkan malzemeler (artificial dielectrics - AD) ve plazmonik ortamlar (plasmonic medias) gibi modern konuları geniş bir yelpazede kapsar. Şekil 4.5 te metamalzeme yapılar ve her yapıya ait örnekler görülmektedir [30]. 51

72 Frekans seçici yüzeyler (FSS), ön yüzeylerinde düzlemsel iletken yapılar, arka yüzeylerinde ise herhangi bir metal parçası içermeyen çok geniş tabakalardan oluşur. Düzlemsel iletken yapıların şekilleri keyfi olarak seçilebilir, fakat seçici bir yüzey içerisinde tüm elemanlar aynıdır. Metalik elemanlar, elektriksel olarak iletken malzemeler veya ön yüzeyde manyetiksel iletken yapı oluşturan periyodik boşluklar şeklindedir. Eğer seçici yüzeyin ön tarafı çeşitli frekanslardaki harmonik dalgalar tarafından aydınlatılıyorsa, bazı dalgalar en az zayıflama ile gönderilir, bazı dalgalar tamamen geri yansır, bazı dalgaların ise bir kısmı gönderilir, bir kısmı geri yansır. Bu nedenle yüzey gelen dalgalar üzerinde frekans seçimi yapar. Frekans seçici yüzeyleri, herhangi bir açıda gelen düzlem dalgalar için bir filtre gibi davranan yapılar olarak görülebilir [31]. Şekil 4.5 : Metamalzeme türleri. Elektromanyetik/fotonik bant aralıklı (EBG/PBG) malzemeler, fotonik kristaller olarak da bilinir. Metal, yalıtkan veya metal-yalıtkan malzemelerden oluşurlar ve periyodik yapıdadırlar. Bu yapılar elektromanyetik dalgaların yayılımı üzerinde etkilidirler ve elektromanyetik dalgaların yayılımının kontrolü ve yönlendirilmesi için kullanılırlar. Bant aralıkları oluşturması ve yapının periyodikliğini bozarak frekans pencerelerini bant aralıkları içinde sınırlandırması, bu yapıların en önemli iki özelliğidir. İlk özellik bu yapıların frekans filtresi olarak kullanılmasını, ikinci özellik ise elektromanyetik dalgaların belirli frekansta ve yönde yayılmasını sağlar. 52

73 Frekans seçici yüzeyler bir, iki veya üç boyutlu yapılarda olabilir. Yapılar üzerindeki malzemelerin periyodikliği ve yalıtkan sabiti, elektromanyetik dalgaların hangi bant aralıklarında veya yönlerde ışıma yapacağını belirler. Yapay manyetik iletkenler (AMC veya yüksek empedans yüzeyler (HIS)), manyetik olmayan bileşenlerden oluşsalar bile, manyetik tepki gibi yeni ortaya çıkan özelliklere sahiptirler. Bu malzemeler yüzeyleri ile dış alanları etkilerler. Sol-el malzemeler, negatif kırılma indeksli malzemeler (negative refractive index - NRI), negatif indeksli malzeme (negative index material - NIM), çift negatif malzeme (double negative metarial - DNG) gibi çeşitli isimlerle adlandırılırlar. Bu malzemeler en ünlü metamalzemelerdir. Bu malzemeler aynı anda negatif dielektrik sabitine ve geçirgenliğe sahiptirler. Yapay yalıtkan malzemeler, homojen bir ortam içinde dalga boyuna göre daha kısa uzunluktaki iletken metallerden oluşan yapılardır. Bu yapıların metamalzeme olarak kabul edilmesindeki neden, yapısındaki metallerin iletkenlik özelliklerinin makroskopik boyutta yalıtkan davranışlar göstermesidir. Manyetik malzemeler (munegative media - MNG) ve kiral ortamlar (chiral media) bu yapılara örnektirler. Plazmonik ortamlar veya epsilon negatif ortamlar (epsilon negative medias - ENG), elektromanyetik ışıma ile bir metal ve bir yalıtkan madde arayüzündeki serbest elektronlar arasında belirli koşullar altında elde edilen rezonans etkileşiminden yararlanmak isteyen yapılardır. Bu etkileşim optik frekanslarda plasmon adı verilen ve dalga gibi davranan, elektronların yoğunluk dalgalarını üretir yılından beri metamalzemelerin mikrodalga uygulamalarındaki kullanılabilirliği konusunda birçok analiz ve çalışma yapılmıştır. Bu yeni metamalzeme yapılar, elektromanyetikteki birbirinden farklı birçok problemin çözümünde yeni kavramlar ve çözümler getirmiştir. Metamalzemelerin kullanım alanları aşağıdaki gibidir; Antenler ve anten dizileri, Kontrollü dalga yayınımı, Filtreler, Görüntüleme sistemleri, THz uygulamaları, 53

74 Lazerler için ışık yayan diyotlar, Dalga kılavuzlarının ve düzlem devrelerin boyutlarının küçültülmesi Yapay manyetik iletkenler (Artificial magnetic conductor - AMC) Yapay manyetik iletken özelliği gösteren metamalzemeler, mikrodalga devre ve anten uygulamalarında görülen birçok problemin çözümü konusunda oldukça ilgi görmektedir. Kompleks yapay periyodik yüzeyler ile ışıma karakteristiğinin ve elektromanyetik alan sınır koşullarının kontrol edilebilmesi, bu yapıların anten tasarımında kullanımını artırmıştır. Yapay manyetik yüzeylere en basit örnek kıvrımlı, oluklu yüzeylerdir. Bu yapıda kıvrımları, oluğun alt kısmında kısa devrenin üst kısmında açık devreye dönüştüğü çeyrek dalga iletim hattı olarak düşünebiliriz. Bu yapı oluğa dik polarize elektrik alan için yüksek empedanslı, paralel polarize elektrik alan için düşük empedanslı sınır koşulları sağlar. Kıvrımları ise yapay manyetik yüzeyler için ilk örnek olarak düşünebiliriz. Yapay manyetik iletken özellikli kıvrımlı düzlem ve dairesel yüzeyler ile ilgili uzun yıllardır araştırmalar yapılmaktadır. Bu yapıları kullanarak yüzey dalgalarını yönlendirilmesi ve düzlem antenler için farklı toprak yüzeyleri oluşturulması konularında birçok çalışma yapılmıştır. Kıvrımlı yapıların kullanılmasıyla elektromanyetik uyumluluk ile anten uygulamaları arasındaki bağımlılık azaltılmıştır. Böylece enine kıvrımlı yüzeyin söndürme bandı karakteristikleri, söndürme bandı sınırlarında varolan yüzey dalgaları gibi anlaşılır hale gelmiştir. Daha sonra bu yapıları kullanarak düşük çapraz polarizasyonlu ve dönebilen simetrik huzmelere sahip horn anten tasarımları yapılmaya çalışılmıştır [32]. Kıvrımlar, yüzeyde dikey alan bileşeni için sıfır sınır alan koşulunu oluşturmak ve yüzey boyunca ilerleyen dikey polarize dalgaları durdurmak için kullanılmıştır. Yüzeydeki yatay polarize alan ise oluklar arasındaki metalik çıkıntılar nedeniyle sıfırdır. Böylece horn antenin açıklığının E ve H düzlemlerinde sıfır sınır koşulları elde edilmiştir. Bunun sonucunda horn antende düşük çapraz polarizasyonlu dönebilen simetrik ışıma paterni elde edilmiştir yılında Sievenpiper yüzeyinde yüksek empedansa sahip yeni tip periyodik elektromanyetik metalik yapıları geliştirmiştir. Bu düzlemsel yapılar, yalıtkan tabakanın üzerinde periyodik altıgen metal yamalardan oluşmakta ve iletken toprak 54

75 yüzey ile metal kanallar ile bağlanmaktaydı. Şekil 4.6 da Sievenpiper yüzeyinin şekli yer almaktadır. Şekil 4.6 : Sievenpiper yüzeyi. Sievenpiper yüzeyi normal yansımada yüksek empedans gösterir ve yüzey boyunca ışımada geniş bir frekans bandı içinde yüzey dalga ve akımlarının ışıma yapamadığı yasak bant aralığı oluşturur. Sievenpiper yüzeyi yapay manyetik iletken yapıların gerçekleştirilebileceğini ve yüzey boyunca herhangi bir yönde ışıyan yatay ve dikey polarize dalgaların durdurulabileceğini göstermiştir. Bu özellikler, EBG yapısının elektromanyetik yüzeyine denk olan özelliklerdir. Sievenpiper in tasarladığı AMC yapısından sonra, bu alandaki araştırmaların sayısında büyük bir artış olmuştur. AMC yapıları temel anten uygulamalarında, düzlem AMC yapılardan oluşan toprak yüzeyi olarak kullanılmıştır. Toprak yüzeyindeki bu AMC yapılar birçok farklı özelliklere sahiptir. Birincisi özellik, AMC yüzeyindeki yansıma akımları, orijinal akımla aynı fazdadır. Bu özellik AMC yüzeylerin, antenlerde toprak yüzeyi olarak kullanılabilmesini ve ışıma elemanlarının AMC yapılı toprak yüzeyine yakın bir şekilde yerleştirilebilmesi mümkün kılar. Böylece daha küçük boyutlarda anten tasarımları yapılabilir. İkinci özellik ise, AMC yapısı yüksek empedanslı yüzey koşulları oluşturur ve böylece yüzey dalgaları bastırılabilir. Bu özellik ile ana dalga ile yüzey dalgaları arasındaki interferans ve buna bağlı sınır koşulları azaltılabilir. Bu fiziksel özellikler, yüksek anten verimliliğine sahip, geri ışımaların az olduğu, yüzey dalga ışımasının olmadığı yüksek kazançlı ve küçük boyutlarda anten tasarımlarına olanak sağlar. AMC yapısındaki toprak düzlemler, anten boyutları küçültmek, çapraz polarizasyon etkisini azaltmak, bant genişliği ve kazancı artırmak için kullanılmaktadır. AMC toprak yüzeylerin anten karekteristiğine olan etkileri anten türüne göre değişmektedir. Çalışmamızda dairesel monopol anten yapısında AMC toprak yüzeyi 55

76 kullanıldığında anten özelliklerinde ne gibi değişiklikler oluştuğu incelenecektir. Şekil 4.7 de AMC toprak yapılarına örnekler yer almaktadır. Şekil 4.7 : AMC toprak yapıları. 56

77 5. ANTEN TASARIMI VE ANALİZİ Bu bölümde çalışmanın asıl amacını oluşturan, yapay manyetik iletken yapısından oluşan toprak düzlemine sahip, geniş bantlı mikroşerit anten tasarımı gerçekleştirilecektir. İlk olarak antenin tasarımında ve simülasyonunda kullanılan Ansoft HFSS tasarım ve simülasyon paket programından genel hatlarıyla bahsedilecek ve daha sonra anten tasarımı konusuna geçilecektir. Tasarım bölümünde, amaçlanan mikroşerit anten yapısının sahip olması gereken özelliklerden, anten geometrisinden ve tasarım aşamalarından söz edilecektir. Son olarak da oluşturulacak anten yapısına ilişkin bazı önemli anten parametreleri incelenecek ve bu parametrelerin işlevsellikleri tartışılacaktır. 5.1 Ansoft HFSS Paket Programı Ansoft HFSS paket programı, Microsoft Windows grafik ara yüzünün sağladığı avantajları kullanan, üç boyutlu pasif cihazların modellenmesinde kullanılan yüksek performanslı tam dalga elektromanyetik alan benzetim ortamıdır. Bu program yardımıyla, üç boyutlu EM problemlerin hızlı ve doğru bir biçimde çözümlenmesini sağlamaktadır. HFSS ile, parazitik parametreler (S, Y, Z) çıkartılabilir, üç boyutlu elektromanyetik alanlar (yakın ve uzak alan) çizdirilebilir, geniş bant SPICE modeller oluşturulabilir ve dizayn performansları optimize edilebilir. Ansoft HFSS, analizleri sırasında üçüncü bölümde anlattığımız sonlu elemanlar metodunu (FEM) kullanır ve ileri seviyedeki grafikleri sayesinde kullanıcının üç boyutlu yapı hakkında detaylı bilgiye sahip olmasını sağlar. HFSS paket programı hesaplamaları esnasında sinyal kalitesi, iletim yol kayıpları, empedans uyumsuzluğu nedeniyle oluşan yansıma kayıpları, parazitik kuplajlama ve ışıma durumlarını etkin bir şekilde değerlendirir. HFSS, basit bir monopol antenden, kompleks dizilerin dizaynında, optimizasyonunda ve performans görüntülemesinde tercih edilen bir yazılımdır. Antenlerin ışıma paternleri, demet genişliği, uzak-yakın alan istatistikleri, S parametreleri, VSWR, Smith Abağı gösterimleri gibi birçok elektriksel özellikleri HFSS ile görüntülenebilir ve optimize edilebilir [33]. 57

78 İlk olarak 1990 da tanıtılan HFSS, mikrodalga tasarımlar konusunda yepyeni bir çağ açmıştır. Bu dönemden önce mikrodalga tasarımlar basit analizler ve pratik denemeler üzerine kuruluydu ve HFSS nin ortaya çıkısıyla beraber bu analizlerin bilgisayar ortamında hızlı bir şekilde yapılması ve üç boyutlu prototiplerinin oluşturulması sağlandı. Bu sayede tasarımcı ilk defa yaratmak istediği cihazın EM özelliklerini ve pratikte nasıl çalışacağını yüksek doğrulukta sanal olarak gözlemledi. Sağladığı tüm bu kolaylıkların yanında HFSS, zaman ve para tasarrufu sağlamasıyla hemen her türden EM cihaz tasarımlarının önünü açmıştır [34]. 5.2 Geniş Bantlı Mikroşerit Monopol Anten Tasarımı Bu bölümde GSM 1800, UMTS ve ISM b frekans bantlarında çalışacak, geniş bantlı mikroşerit monopol anten tasarımı yapılacaktır. İlk önce belirttiğimiz frekans bantlarını kapsayan geniş bantlı geleneksel dairesel monopol anten tasarımı yapılacaktır. Daha sonra tasarladığımız bu antenin toprak yüzeyi, çalışmamızın ana amacı olan, yapay manyetik iletken yapısından oluşan toprak yüzeyi ile değiştirilecektir. Böylece yapay manyetik iletken yapısının yer aldığı toprak yüzeyinin olumlu ve olumsuz etkileri incelenecektir Mikroşerit monopol anten tasarımındaki temel parametreler Geniş bantlı mikroşerit anten tasarımında temel parametreler, çalışma frekansı, bant genişliği, dielektrik sabiti ve dielektrik tabakanın yüksekliğidir. Ayrıca tasarlayacağımız antenin aşağıdaki özellikleri sağlaması gerekmektedir; Belirtilen frekans bantlarını kapsayacak bant genişliğine sahip olması, Mobil cihazlarda kullanılabilecek boyutlarda olması, Düzlemsellik, montaj kolaylığı ve dayanıklılık. Çalışmamızın dördüncü bölümünde anlatılan haberleşme teknolojilerini göz önünde bulundurursak, tasarlayacağımız antenin belirlediğimiz haberleşme teknolojilerinde kullanılabilmesi için, MHz frekans aralığını kapsaması gerekmektedir. (5.1) eşitliği kullanılarak, antenimizin çalışma frekansını 2100 MHz olarak belirlenmiştir ve 800 MHz bant aralığına sahiptir. f 0 = (f üst + f alt ) / 2 (5.1) 58

79 Bir başka deyişle, çalışma frekansı antenin rezonansa gelmesi istenilen frekanstır ve antenin kullanılacağı sistemin gereksinim duyduğu frekans bandını kapsayacak bant genişliğini sağlaması ve yeterince verimle ışıma yapması için merkez frekans olarak baz alınır. VHF ve UHF frekansları ve alt frekanslarda anten boyutları çok fazla arttığı için, bu frekanslarda genellikle mikroşerit antenler tercih edilmemektedir. Seçilecek dielektrik profilin dielektrik sabiti sistem performansında oldukça etkilidir. Mikroşerit anten tasarımında tercih edilen dielektrik profillerin dielektrik sabitleri genellikle aralığındadır. Antenin (çalışmamızdaki monopol anten yüzeyindeki dairenin çapı) boyutları dielektrik sabitine göre hesaplanır. Dielektrik sabiti arttıkça, antenin boyutları küçülür. Benzer şekilde yamanın kenarlarında oluşan saçaklama etkisini arttırarak, antenin elektriksel uzunluğunu arttıracaktır. Fakat boyutların artmasına rağmen, düşük dielektrik sabitine sahip dielektrik profiller ile yapılan dizaynlarda daha yüksek verim ve bant genişliği elde edilmektedir. Dielektrik tabaka, topraklama yüzeyi ile iletim yüzeyi arasındaki dielektrik tabakadır. Dielektrik tabakanın yüksekliğinin arttırılması (yüzey dalgalarının olmadığı durumlarda) verimliliği %90 lara, bant genişliğini ise %35 lere kadar arttırabilmektedir. Fakat yüksekliğin artmasıyla oluşan yüzey dalgaları istenmeyen bir durumdur. Çünkü ışıma için mevcut güç yüzey dalgalarında harcanarak, dielektrik profilin köşeleri gibi devamsızlık içeren noktalarda saçılmalar oluşturacak, anten ışıma paterni ve polarizasyon karakteristiklerinde bozulmalara neden olmaktadır. Kullanılan çeşitli yöntemlerle yüzey dalgaları giderilerek, yüksek bant genişliği değerleri korunur [1] Geleneksel dairesel monopol anten tasarımı Farklı frekans bantlarında gerçekleşen kablosuz haberleşme uygulamalarının tek bir anten ile sağlanabilmesi için antenin çoklu-bant veya geniş-bant performans göstermesi gerekir. Mikroşerit monopol antenler, geniş bant aralığında ışıma yapabilmeleri ve uygun ışıma paternine sahip olmaları nedeniyle, kablosuz haberleşme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikroşerit monopol antenlerde taban malzemesinin bir yüzeyinde iletken yama ve yamaya doğrudan bağlı olan mikroşerit besleme hattı bulunmaktadır. Bu antenleri tipik mikroşerit yama antenlerden ayıran temel özellik, toprak düzleminin sadece mikroşerit besleme hattı boyunca olan kısmının metal ile kaplı olmasıdır. Bu yapı mikroşerit monopol antenlere her iki düzlemde de ışıma yapma özelliği sağlamaktadır. Ayrıca toprak düzleminin büyük olması rezonans frekansını düşürürken, empedans bant genişliğini 59

80 de bir miktar etkilemektedir. Mikroşerit monopol antenler, düzlemsel yapısı, hafifliği, küçük boyutları ve farklı frekans bantlarında gerçekleşen kablosuz haberleşme uygulamalarının tek bir anten ile sağlanabilmesi ve uygun ışıma paternine sahip olmaları nedeniyle mobil haberleşme cihazlarında yaygın olarak tercih edilmektedir. Tasarlayacağımız antenin istediğimiz frekans bandını kapsayabilmesi için çalışma frekansı f 0, 2100 MHz seçilmiştir. Ucuz, kolay bulunabilir ve anten üretim aşamasının basit olması nedeniyle, dielektrik tabaka için 1.6 mm yüksekliğinde r 4.4 olan, FR4 epoxy tercih edilmiştir. Bu doğrultuda, dizayn parametreleri şu şekilde seçilmiştir. Şekil 5.1 de geleneksel dairesel monopol anten yapısı yer almaktadır. Geleneksel monopol anten için tasarım parametreleri aşağıdaki gibi seçilmiştir; Çalışma frekansı f 0 = 2100 Mhz Dielektrik tabakanın dielektrik sabiti, r 4.4 Dielektrik tabakanın yüksekliği, h = 1.6 mm Dairesel monopol anten yapısında, dairenin yarıçapını hesaplamak için (5.2) dairesel anten eşitliği kullanılmıştır. Eşitlikte f 0 frekansı Ghz cinsinden kullanılmaktadır ve eşitlik yarıçapı milimetre cinsinden vermektedir [10]. r f (5.2) 0 r Eşitlikten de anlaşıldığı gibi çalışma frekansı, düşük frekans değerlerine indikçe, dairenin yarıçapı artmakta ve bunun sonucunda antenin boyutları artmaktadır. Eşitlik kullanılarak dairesel yamanın yarıçapı belirlenmiş ve diğer anten boyutları aşağıdaki gibi seçilmiştir; Dairesel yamanın yarıçapı, r = 20 mm Antenin boyutları, W 1 = L 1 = 60 mm 60

81 L 2 L 1 r W 2 W 1 L 3 g Işıma Yüzeyi h Toprak Yüzeyi Dielektrik Taban Şekil 5.1 : Geleneksel dairesel monopol anten yapısı. Mikroşerit beslemeli antenlerde, besleme probu mikroşerit hattın başlangıç noktasına yerleştirilir ve güç akışı besleme probundan, mikroşerit hat boyunca ilerleyerek yamaya yayılır. Bu durumda maksimum verimle güç akışını sağlamak ve geri yansıma kayıplarını minimize etmek amacıyla empedans uygunlaştırması yapmak gerekmektedir. Empedans uygunlaştırma işleminde probun besleme direnci, mikroşerit hattın karakteristik empedansı ve dolayısıyla yamanın (çalışmamızda dairesel yama) giriş empedansı eşitlenmelidir. Yamanın genişliği ve dielektrik profilin yüksekliği, antenin giriş empedansını etkileyen büyüklüklerdir. Yamanın 61

82 genişliği arttırılarak, antenin giriş rezistansı düşürülebilir. Bunlarla birlikte antenin rezonans frekansı ve dielektrik profilin dielektrik sabiti r de giriş empedansı değerini değiştiren parametrelerdir. Benzer şekilde mikroşerit besleme hattının genişliği W 2, uzunluğu L 3, etkin dielektrik sabiti r ve dielektrik tabaka yüksekliği h mikroşerit antenin karakteristik empedansını etkileyen büyüklüklerdir. Toprak yüzeyi ile anten yaması arasındaki uzaklık g, empedans uyumunu etkileyen önemli bir parametredir. Ayrıca toprak yüzeyinin genişliği L 2, empedans uyumunu ve bant genişliğini etkilemektedir. Çünkü toprak yüzeyinin genişliği arttıkça, mikroşerit besleme hattının uzunluğu artmaktadır. Bunun sonucunda antenin temel rezonans frekansı ve diğer harmonik frekansları etkilenmektedir. Geniş bantlı monopol antenler hem temel hem de harmonik frekanslarında rezonansa girmektedir. Dairesel monopol antenlerde antenin ilk rezonans frekansı, dairenin çapına bağlıdır. HFSS paket programı kullanılarak, antene ait diğer tasarım büyüklükleri aşağıdaki gibi belirlenmiştir; Mikroşerit hattın genişliği, W 2 = 3 mm Mikroşerit hattın uzunluğu, L 3 = 17.4 mm Toprak düzlemi genişliği, L 2 = 16 mm Toprak düzlemi ile dairesel yama arasındaki uzaklık, g = 1 mm Şekil 5.2 de tasarlanan antenin HFSS paket programındaki tasarımı yer almaktadır. Şekil 5.2 : Tasarlanan antenin HFSS programındaki görünümü. 62

83 Genellikle monopol anten tasarımlarında kısmi toprak düzlemi önerilmektedir, bu nedenle geleneksel monopol anten tasarımımızda bu türden bir toprak düzlemi kullanılmıştır. Şekil 5.3 te tasarlanan geleneksel dairesel monopol antene ait S 11 değişimi gösterilmektedir. Şekil 5.3 : Geleneksel dairesel monopol anten S 11 grafiği. S 11 değişimi 1-6 GHz aralığında alınmıştır. Tasarlanan antenin ışıma yapabilmesi için, VSWR 2 ve S11-10 db koşullarının geçerli olması gerekmektedir. Şekil 5.4 te tasarlanan antenin VSWR grafiği yer almaktadır. Bu koşullar ele alındığında tasarladığımız geleneksel dairesel monopol anten, MHz ve MHz frekans aralıklarında ışıma yapmaktadır. Anten tasarımı sırasında amaçladığımız, GSM 1800, UMTS ve ISM b frekans bantlarının yanında WIMAX ( MHz) ve ISM a frekans bantlarında da ışıma yapmaktadır. Antenin ışıma yaptığı bant genişliği içerisinde VSWR değerlerinin çok küçük değerlerde olduğu, empedans uygunlaştırmasının istenen frekanslar için oldukça iyi olduğu, mikroşerit iletim hattında geri yansımaların ve duran dalga oranlarının minimum değerlere yakınsadığı gözlenmektedir. 63

84 Şekil 5.4 : Geleneksel dairesel monopol anten VSWR grafiği. Şekil 5.5 te tasarlanan antenin giriş empedansının frekansa göre değişimi yer almaktadır. Antenin ışıma yaptığı frekans aralıklarında giriş empedansının reel bileşeni 50, sanal bileşeni ise 0 civarlarındadır. Şekil 5.5 : Geleneksel dairesel monopol anten Z in grafiği. Empedans uyumu ve rezonans frekansına ilişkin çizdirilen grafikler, tasarlanan mikroşerit anten yapısının amaçlanan frekans bantlarında rahatlıkla çalışabilecek düzeyde olduğunu göstermektedir. Ancak anten karakteristiğinin tam olarak anlaşılabilmesi için kullanılacak frekans bantlarının merkez frekanslarındaki antenin 64

85 ışıma karakteristiğinin de incelenmesi gerekmektedir. Tasarlanan mikroşerit anten yapısına ilişkin 3-boyutlu kazanç ve yönlendiricilik diyagramları çizdirilerek antenin ışıma karakteristiği incelenmiştir. Şekil 5.6 da 1790 Mhz (GSM 1800 frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3-boyutlu kazanç diyagramı yer almaktadır. Görüldüğü gibi kazanç değeri x-z düzlemi üzerinde maksimum değerini alırken, y-ekseni üzerinde minimum değerler almaktadır. Görüldüğü gibi tasarlanan anten, dairesel monopol antenlerin karakteristik özelliği olan her yönlü (omni-directional) ışıma paternine sahiptir. Şekil 5.6 : Tasarlanan antenin 1790 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği. Şekil 5.7 de 1790 Mhz (GSM 1800 frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3-boyutlu yönlendiricilik diyagramı yer almaktadır. 65

86 Şekil 5.7 : 1790 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği. Şekil 5.8 de 2050 MHz (UMTS frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3- boyutlu kazanç diyagramı yer almaktadır. Şekil 5.8 : Tasarlanan antenin 2050 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği. 66

87 Şekil 5.9 da 2050 MHz (UMTS frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3- boyutlu yönlendiricilik diyagramı yer almaktadır. Şekil 5.9 : 2050 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği. Şekil 5.10 da 2450 MHz (ISM b frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3-boyutlu kazanç diyagramı yer almaktadır. Şekil 5.10 : Tasarlanan antenin 2450 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği. 67

88 Şekil 5.11 de 2450 MHz (ISM b frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3-boyutlu yönlendiricilik diyagramı yer almaktadır. Şekil 5.11 : 2450 MHz frekansında 3-boyutlu yönlendiricilik grafiği. Şekil 5.12 de 3500 MHz (WIMAX frekans bandı için merkez frekans) frekansı için 3-boyutlu kazanç diyagramı yer almaktadır. Şekil 5.12 : Tasarlanan antenin 3500 MHz frekansında 3-boyutlu kazanç grafiği. 68

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ] Örnek-4 Bir antenin güç yoğunluğu Olarak verildiğine göre, ışıyan

Detaylı

Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür. U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ]

Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür. U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ] Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ] Örnek-4 Bir antenin güç yoğunluğu Olarak verildiğine göre, ışıyan

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

İletken Düzlemler Üstüne Yerleştirilmiş Antenler

İletken Düzlemler Üstüne Yerleştirilmiş Antenler İletken Düzlemler Üstüne Yerleştirilmiş Antenler Buraya dek sınırsız ortamlarda tek başına bulunan antenlerin ışıma alanları incelendi. Anten yakınında bulunan başka bir ışınlayıcı ya da bir yansıtıcı,

Detaylı

Elektromanyetik Dalga Teorisi

Elektromanyetik Dalga Teorisi Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-2 Dalga Denkleminin Çözümü Düzlem Elektromanyetik Dalgalar Enine Elektromanyetik Dalgalar Kayıplı Ortamda Düzlem Dalgalar Düzlem Dalgaların Polarizasyonu Dalga Denkleminin

Detaylı

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends Rectangular waveguide Waveguide to coax adapter Waveguide bends E-tee 1 Dalga Kılavuzları, elektromanyetik enerjiyi kılavuzlayan yapılardır. Dalga kılavuzları elektromanyetik enerjinin mümkün olan en az

Detaylı

Antenler, Türleri ve Kullanım Yerleri

Antenler, Türleri ve Kullanım Yerleri Antenler, Türleri ve Kullanım Yerleri Sunum İçeriği... Antenin tanımı Günlük hayata faydaları Kullanım yerleri Anten türleri Antenlerin iç yapısı Antenin tanımı ve kullanım amacı Anten: Elektromanyetik

Detaylı

L1, L2 ve L5 Frekanslarında Çalışan Üç Katmanlı Mikroşerit GPS Anteni Tasarımı

L1, L2 ve L5 Frekanslarında Çalışan Üç Katmanlı Mikroşerit GPS Anteni Tasarımı L1, L2 ve L5 Frekanslarında Çalışan Üç Katmanlı Mikroşerit GPS Anteni Tasarımı Sertaç ERDEMİR 1 Asım Egemen YILMAZ * Özet: Bu çalışmada Küresel Konumlandırma Sistemleri ölçümlerindeki kullanımı gittikçe

Detaylı

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ. Anten Parametrelerinin Temelleri. Samet YALÇIN AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ Anten Parametrelerinin Temelleri Samet YALÇIN Anten Parametrelerinin Temelleri GİRİŞ: Bir antenin parametrelerini tanımlayabilmek için anten parametreleri gereklidir. Anten performansından

Detaylı

Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Hab. Müh. Mikrodalga Lab.

Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Hab. Müh. Mikrodalga Lab. Deney No:2 Horn Antenin Işıma Özelliklerinin Elde Edilmesi Deneyin Amacı: Bu deneyde, Horn antenin çalışma prensibi ve karakteristikleri. Hüzme genişliği, radyasyon paterni ve kazanç kavramları. Horn antenin

Detaylı

ELEKTROMANYETİK DALGA TEORİSİ DERS - 5

ELEKTROMANYETİK DALGA TEORİSİ DERS - 5 ELEKTROMANYETİK DALGA TEORİSİ DERS - 5 İletim Hatları İLETİM HATLARI İletim hatlarının tarihsel gelişimi iki iletkenli basit hatlarla (ilk telefon hatlarında olduğu gibi) başlamıştır. Mikrodalga enerjisinin

Detaylı

Mobil Cihazlar Đçin Çok Bantlı Anten Tasarımı

Mobil Cihazlar Đçin Çok Bantlı Anten Tasarımı Mobil Cihazlar Đçin Çok Bantlı Anten Tasarımı Aktül KAVAS 1 Murat KARAGÖZ 2 Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü 34220 Đstanbul-Türkiye aktul.kavas@gmail.com 1, muratkarag8z@gmail.com

Detaylı

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 30, 427-435, 2012 Research Article / Araştırma Makalesi EFFECT OF THE FEED LINE ON THE RADIATION PATTERN OF THE SMALL

Detaylı

Anten Tasarımı. HFSS Anten Benzetimi

Anten Tasarımı. HFSS Anten Benzetimi Bu dokümanda, antene ait temel bilgiler verilmiş ve HFSS programında anten tasarımının nasıl yapıldığı gösterilmiştir. Anten Tasarımı HFSS Anten Benzetimi KAZIM EVECAN Dumlupınar Üniversitesi Elektrik-Elektronik

Detaylı

İnce Antenler. Hertz Dipolü

İnce Antenler. Hertz Dipolü İnce Antenler Çapları boylarına göre küçük olan antenlere ince antenler denir. Alanların hesabında antenlerin sonsuz ince kabul edilmesi kolaylık sağlar. Ancak anten empedansı bulunmak istendiğinde kalınlığın

Detaylı

Ofset Besleme Hatlı Eğik Açıklık Kuplajlı Yığın Mikroşerit Anten Tasarımı Offset Feed Line Inclined Aperture Coupled Stacked Microstrip Antenna Design

Ofset Besleme Hatlı Eğik Açıklık Kuplajlı Yığın Mikroşerit Anten Tasarımı Offset Feed Line Inclined Aperture Coupled Stacked Microstrip Antenna Design Ofset Besleme Hatlı Eğik Açıklık Kuplajlı Yığın Mikroşerit Anten Tasarımı Offset Feed Line Inclined Aperture Coupled Stacked Microstrip Antenna Design Faruk Öztürk 1, Erdem Yazgan 2 1 Elektrik-Elektronik

Detaylı

GPS Helis Anten Tasarımı GPS Helixe Antenna Design

GPS Helis Anten Tasarımı GPS Helixe Antenna Design GPS Helis Anten Tasarımı GPS Helixe Antenna Design Eda Konakyeri 1, Selçuk Paker 1, Osman Palamutçuoğlu 1 1 Elektrik-Elektronik Fakültesi İstanbul Teknik Üniversitesi edakonakyeri@yahoo.com, spaker@itu.edu.tr,

Detaylı

KABLOSUZ İLETİŞİM

KABLOSUZ İLETİŞİM KABLOSUZ İLETİŞİM 805540 KABLOSUZ İLETİŞİM SİSTEMLERİNE GİRİŞ İçerik 3 İletişim sistemleri Gezgin iletişim sistemleri Kablosuz iletişim sistemleri Hücresel sistemler Tarihçe Tipik İletişim Sistemi 4 Kaynak

Detaylı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ GENİŞBAND GSM -UMTS MİKROŞERİT YAMA ANTEN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ Danış ÖZDEMİR Anabilim Dalı : Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Programı :

Detaylı

İletişim Ağları Communication Networks

İletişim Ağları Communication Networks İletişim Ağları Communication Networks Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Bu dersin sunumları, Behrouz A. Forouzan, Data Communications and Networking 4/E, McGraw-Hill,

Detaylı

Dizi Antenler. Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır.

Dizi Antenler. Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır. Dizi Antenler Özdeş anten elemanlarından oluşan bir dizi antenin ışıma diyagramını belirleyen faktörler şunlardır. 1. Dizi antenin geometrik şekli (lineer, dairesel, küresel..vs.) 2. Dizi elemanları arasındaki

Detaylı

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3 Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3 Faz ve Grup Hızı Güç ve Enerji Düzlem Dalgaların Düzlem Sınırlara Dik Gelişi Düzlem Dalgaların Düzlem Sınırlara Eğik Gelişi Dik Kutuplama Paralel Kutuplama Faz ve Grup

Detaylı

GSM VE UMTS ŞEBEKELERİNDEN OLUŞAN, ELEKTROMANYETİK ALANLARA, MOBİL TELEFON VE VERİ TRAFİĞİNİN ETKİSİ

GSM VE UMTS ŞEBEKELERİNDEN OLUŞAN, ELEKTROMANYETİK ALANLARA, MOBİL TELEFON VE VERİ TRAFİĞİNİN ETKİSİ GSM VE UMTS ŞEBEKELERİNDEN OLUŞAN, ELEKTROMANYETİK ALANLARA, MOBİL TELEFON VE VERİ TRAFİĞİNİN ETKİSİ Mehmet YILDIRIM 1 ve Ahmet ÖZKURT 2 1 Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu, İzmir, myildirim@btk.gov.tr

Detaylı

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks) Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks) Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Ders konuları Antenler Yayılım modları Bakış doğrultusunda yayılım Bakış

Detaylı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Elektrik Elektronik Fakültesi

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Elektrik Elektronik Fakültesi İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Elektrik Elektronik Fakültesi İnsansız Hava Araçları için 2.4 GHz Karesel Yarık Mikroşerit Anten Dizisi ile Anten İzleyici Tasarım Tuğrul Açıkgöz Elektrik Elektronik Fakültesi

Detaylı

3.5. Devre Parametreleri

3.5. Devre Parametreleri 3..3 3.5. Devre Parametreleri 3.5. Devre Parametreleri Mikrodalga mühendisliğinde doğrusal mikrodalga devrelerini karakterize etmek için dört tip devre parametreleri kullanılır: açılma parametreleri (parametreleri)

Detaylı

Mikrodalga Konnektörler. Microwave connectors

Mikrodalga Konnektörler. Microwave connectors Mikrodalga Konnektörler * Microwave connectors KONU : Mikrodalga Konnektörler PROJE YÖNETİCİSİ : Yrd. Doç. Dr. Arif Dolma TESLİM TARİHİ : 23.11.2005 HAZIRLAYANLAR : İpek SUADİYE 1. Giriş Bu çalışmada mikrodalga

Detaylı

Mehmet Sönmez 1, Ayhan Akbal 2

Mehmet Sönmez 1, Ayhan Akbal 2 TAM DALGA BOYU DİPOL ANTEN İLE YARIM DALGA BOYU KATLANMIŞ DİPOL ANTENİN IŞIMA DİYAGRAMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Mehmet Sönmez 1, Ayhan Akbal 2 1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Fırat Üniversitesi

Detaylı

Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları

Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları Ders Adı Ders Kodu Dönemi Ders Saati Uygulama Saati Laboratuar Saati Kredi AKTS Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı EE 531 Seçmeli 3 0 0 3 7.5 Ön Koşul

Detaylı

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri 2. Alternatif Akım =AC (Alternating Current) Değeri ve yönü zamana göre belirli bir düzen içerisinde değişen akıma AC denir. En çok bilinen AC dalga biçimi Sinüs dalgasıdır. Bununla birlikte farklı uygulamalarda

Detaylı

ýçindekiler Ön Söz xiii Antenler 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Temel Anten Parametreleri 27 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.

ýçindekiler Ön Söz xiii Antenler 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Temel Anten Parametreleri 27 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2. çindekiler Ön Söz xiii 1 Antenler 1 1.1 Giri 1 1.2 Anten Tipleri 4 1.3 I ma Mekanizmas 7 1.4 nce Tel Antende Ak m Da l m 17 1.5 Tarihsel Geli meler 20 1.6 Multimedya 24 Kaynakça 24 2 Temel Anten Parametreleri

Detaylı

Akademik Bilişim Şubat 2010 Muğla Üniversitesi

Akademik Bilişim Şubat 2010 Muğla Üniversitesi GENİŞBAND GEZGİN HABERLEŞMEDE YENİ NESİL UYGULAMALAR: 3G-4G Akademik Bilişim 2010 10 Şubat 2010 Muğla Üniversitesi İçerik Gezgin haberleşme sistemlerinin gelişim süreci 3. Nesil (3G) standardları 3G teknik

Detaylı

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters Gizem Pekküçük, İbrahim Uzar, N. Özlem Ünverdi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi gizem.pekkucuk@gmail.com,

Detaylı

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks) Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks) Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Ders konuları Sinyaller Sinyallerin zaman düzleminde gösterimi Sinyallerin

Detaylı

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI Dr. Öğr. Üyesi Ahmet ÇİFCİ Elektrik enerjisi, alternatif akım ve doğru akım olarak

Detaylı

Radar Denklemi P = Radar işareti Radar Vericisi. RF Taşıyıcı. Radar Alıcısı. EM Alıcı işleyici. Veri işleyici. Radar Ekranı

Radar Denklemi P = Radar işareti Radar Vericisi. RF Taşıyıcı. Radar Alıcısı. EM Alıcı işleyici. Veri işleyici. Radar Ekranı Radar Denklemi Radar işareti Radar Vericisi RF Taşıyıcı EM Alıcı işleyici Radar Alıcısı Veri işleyici Radar Ekranı P = r P t G G t (4 ) r 3 R 4 2 Radar Denklemi ve Radar Kesit Alanı P = r P t G G t (4

Detaylı

ELEKTROMANYETİK DALGALAR

ELEKTROMANYETİK DALGALAR ELEKTROMANYETİK DALGALAR Hareket eden bir yük manyetik alan oluşturur. Yük sabit hızla hareket ederse, sabit bir akım ve sabit bir manyetik alan oluşturur. Yük osilasyon hareketi yaparsa değişken bir manyetik

Detaylı

Endüstriyel Sensörler ve Uygulama Alanları Kalite kontrol amaçlı ölçme sistemleri, üretim ve montaj hatlarında imalat sürecinin en önemli aşamalarındandır. Günümüz teknolojisi mükemmelliği ve üretimdeki

Detaylı

3.3 ghz mikroşerit anten tasarımı ve farklı besleme yöntemleri için analizi

3.3 ghz mikroşerit anten tasarımı ve farklı besleme yöntemleri için analizi SAÜ. Fen Bil. Der. 17. Cilt, 1. Sayı, s. 119-124, 2013 SAU J. Sci. Vol 17, No 1, p. 119-124, 2013 3.3 ghz mikroşerit anten tasarımı ve farklı besleme yöntemleri için analizi Haydar Kütük 1, Ahmet Y. Teşneli

Detaylı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler

Detaylı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EŞ DÜZLEMSEL HAT GİRİŞLİ VE ÇİFT BANTLI BİR MONOPOL PLANAR ANTEN TASARIMI

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EŞ DÜZLEMSEL HAT GİRİŞLİ VE ÇİFT BANTLI BİR MONOPOL PLANAR ANTEN TASARIMI İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EŞ DÜZLEMSEL HAT GİRİŞLİ VE ÇİFT BANTLI BİR MONOPOL PLANAR ANTEN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ Emrah SEVER Anabilim Dalı : Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği

Detaylı

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-2 Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU

Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi. Ders Notu-2 Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU Makine Mühendisliği İçin Elektrik-Elektronik Bilgisi Ders Notu-2 Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Ahmet DUMLU DİRENÇLER Direnci elektrik akımına gösterilen zorluk olarak tanımlayabiliriz. Bir iletkenin elektrik

Detaylı

Antenler ve Yayılım (EE 405) Ders Detayları

Antenler ve Yayılım (EE 405) Ders Detayları Antenler ve Yayılım (EE 405) Ders Detayları Ders Adı Ders Kodu Dönemi Ders Saati Uygulama Saati Laboratuar Saati Kredi AKTS Antenler ve Yayılım EE 405 Her İkisi 3 0 0 3 5 Ön Koşul Ders(ler)i EE 310 (FD)

Detaylı

BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM

BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM Hafta 2: Veri İletim Ortamları BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM 1. Giriş 2. Veri İletim Ortamları 1. Koaksiyel Kablo 1. RG-8 Koaksiyel Kablolar 2. RG-58 Koaksiyel Kablolar 3. RG-6 Koaksiyel Kablolar 2. Dolanmış

Detaylı

Elektromanyetik Dalga Teorisi

Elektromanyetik Dalga Teorisi Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-1 Diferansiyel Formda Maxwell Denklemleri İntegral Formda Maxwell Denklemleri Fazörlerin Kullanımı Zamanda Harmonik Alanlar Malzeme Ortamı Dalga Denklemleri Michael Faraday,

Detaylı

Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları

Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı (EE 531) Ders Detayları Ders Adı Ders Kodu Dönemi Ders Saati Uygulama Saati Laboratuar Saati Kredi AKTS Antenler ve Radyo Dalga Yayılımı EE 531 Seçmeli 3 0 0 3 7.5 Ön Koşul

Detaylı

Öğretim planındaki AKTS Antenler ve Yayılım 523000000001467 3 0 0 3 5. Ders Kodu Teorik Uygulama Lab.

Öğretim planındaki AKTS Antenler ve Yayılım 523000000001467 3 0 0 3 5. Ders Kodu Teorik Uygulama Lab. Ders Kodu Teorik Uygulama Lab. Ulusal Kredi Öğretim planındaki AKTS Antenler ve Yayılım 523000000001467 3 0 0 3 5 Ön Koşullar : Yok Önerilen Dersler : Radar Tekniği ve Teknolojisi. Dersin Türü : SİSTEMDEN

Detaylı

ELEKTRİK DEVRELERİ-2 LABORATUVARI VIII. DENEY FÖYÜ

ELEKTRİK DEVRELERİ-2 LABORATUVARI VIII. DENEY FÖYÜ EEKTRİK DEVREERİ-2 ABORATUVARI VIII. DENEY FÖYÜ SERİ VE PARAE REZONANS DEVRE UYGUAMASI Amaç: Seri ve paralel rezonans devrelerini incelemek, devrelerin karakteristik parametrelerini ölçmek, rezonans eğrilerini

Detaylı

ANTEN VE MİKRODALGA LABORATUVARI

ANTEN VE MİKRODALGA LABORATUVARI Deney No: 4 ANTEN VE MİKRODALGA LABORATUVARI ANTEN EMPEDANSININ YARIKLI HAT (SLOTTED LINE) KULLANILARAK ÖLÇÜMÜ Bir dalga kılavuzundaki gerilimi voltmetre ile akımı da ampermetre ile ölçmek mümkün değildir.

Detaylı

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ BÖLÜM 7 DİELEKTRİK KAYIPLARI VE

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ BÖLÜM 7 DİELEKTRİK KAYIPLARI VE EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ BÖLÜM 7 DİELEKTRİK KAYIPLARI VE KAPASİTE ÖLÇME YRD.DOÇ. DR. CABBAR VEYSEL BAYSAL ELEKTRIK & ELEKTRO NIK Y Ü K. M Ü H. Not: Tüm slaytlar, listelenen

Detaylı

ELEKTROMANYETİK DALGALAR VE ANTENLER BARIŞ POLAT 07102019 SEMA BACANAK 07102009

ELEKTROMANYETİK DALGALAR VE ANTENLER BARIŞ POLAT 07102019 SEMA BACANAK 07102009 ELEKTROMANYETİK DALGALAR VE ANTENLER BARIŞ POLAT 07102019 SEMA BACANAK 07102009 İÇERİK Elektromanyetik dalga nedir? Maxwell denklemlerine bakış Elektromanyetik dalga nasıl üretilir? Elektromanyetik dalganın

Detaylı

YÜKSEK GERİLİM ENERJİ NAKİL HATLARI

YÜKSEK GERİLİM ENERJİ NAKİL HATLARI Enerjinin Taşınması Genel olarak güç, iletim hatlarında üç fazlı sistem ile havai hat iletkenleri tarafından taşınır. Gücün taşınmasında ACSR(Çelik özlü Alüminyum iletkenler) kullanılırken, dağıtım kısmında

Detaylı

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri Deneyin Amacı: Seri ve paralel rezonans devrelerini incelemek, devrelerin karakteristik parametrelerini hesaplamak ve ölçmek, rezonans eğrilerini çizmek.

Detaylı

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ FİZİK II LABORATUVARI DENEY 2 TRANSFORMATÖRLER

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ FİZİK II LABORATUVARI DENEY 2 TRANSFORMATÖRLER ELEKTRİK ELEKTROİK MÜHEDİSLİĞİ FİZİK LABORATUVAR DEEY TRASFORMATÖRLER . Amaç: Bu deneyde:. Transformatörler yüksüz durumdayken giriş ve çıkış gerilimleri gözlenecek,. Transformatörler yüklü durumdayken

Detaylı

14. ÜNİTE GERİLİM DÜŞÜMÜ

14. ÜNİTE GERİLİM DÜŞÜMÜ 14. ÜNİTE GERİLİM DÜŞÜMÜ KONULAR 1. GERİLİM DÜŞÜMÜNÜN ANLAMI VE ÖNEMİ 2. ÇEŞİTLİ TESİSLERDE KABUL EDİLEBİLEN GERİLİM DÜŞÜMÜ SINIRLARI 3. TEK FAZLI ALTERNATİF AKIM (OMİK) DEVRELERİNDE YÜZDE (%) GERİLİM

Detaylı

14. SİNÜSOİDAL AKIMDA DİRENÇ, KAPASİTE, İNDÜKTANS VE ORTAK İNDÜKTANSIN ÖLÇÜLMESİ

14. SİNÜSOİDAL AKIMDA DİRENÇ, KAPASİTE, İNDÜKTANS VE ORTAK İNDÜKTANSIN ÖLÇÜLMESİ 14. SİNÜSOİDAL AKIMDA DİRENÇ, KAPASİTE, İNDÜKTANS VE ORTAK İNDÜKTANSIN ÖLÇÜLMESİ Sinüsoidal Akımda Direncin Ölçülmesi Sinüsoidal akımda, direnç üzerindeki gerilim ve akım dalga şekilleri ve fazörleri aşağıdaki

Detaylı

TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERDE GERİBESLEME

TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERDE GERİBESLEME TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERDE GERİBESLEME Amaç Elektronikte geniş uygulama alanı bulan geribesleme, sistemin çıkış büyüklüğünden elde edilen ve giriş büyüklüğü ile aynı nitelikte bir işaretin girişe gelmesi

Detaylı

Alternatif Akım Devreleri

Alternatif Akım Devreleri Alternatif akım sürekli yönü ve şiddeti değişen bir akımdır. Alternatif akımda bazı devre elemanları (bobin, kapasitör, yarı iletken devre elemanları) doğruakım devrelerinde olduğundan farklı davranırlar.

Detaylı

Şekil 1. Geri beslemeli yükselteçlerin genel yapısı

Şekil 1. Geri beslemeli yükselteçlerin genel yapısı DENEY 5: GERİ BESLEME DEVRELERİ 1 Malzeme Listesi Direnç: 1x82K ohm, 1x 8.2K ohm, 1x12K ohm, 1x1K ohm, 2x3.3K ohm, 1x560K ohm, 1x9.1K ohm, 1x56K ohm, 1x470 ohm, 1x6.8K ohm Kapasite: 4x10uF, 470 uf, 1nF,4.7uF

Detaylı

BÖLÜM 3 ALTERNATİF AKIMDA SERİ DEVRELER

BÖLÜM 3 ALTERNATİF AKIMDA SERİ DEVRELER BÖÜM 3 ATENATİF AKMDA SEİ DEVEE 3.1 - (DİENÇ - BOBİN SEİ BAĞANMAS 3. - (DİENÇ - KONDANSATÖÜN SEİ BAĞANMAS 3.3 -- (DİENÇ-BOBİN - KONDANSATÖ SEİ BAĞANMAS 3.4 -- SEİ DEVESİNDE GÜÇ 77 ATENATİF AKM DEVE ANAİİ

Detaylı

EET349 Analog Haberleşme Güz Dönemi. Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar

EET349 Analog Haberleşme Güz Dönemi. Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar EET349 Analog Haberleşme 2015-2016 Güz Dönemi Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar 1 Notlandırma Ara Sınav : %40 Final : %60 Kaynaklar Introduction to Analog and Digital Communications Simon Haykin, Michael Moher

Detaylı

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Bölüm 27 Akım ve Direnç Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Öğr. Gör. Dr. Mehmet Tarakçı http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.tarakci/ Elektrik Akımı Elektrik yüklerinin

Detaylı

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE LABORATUVARI TEMEL DEVRE TEOREMLERİNİN UYGULANMASI

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE LABORATUVARI TEMEL DEVRE TEOREMLERİNİN UYGULANMASI T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE LABORATUVARI TEMEL DEVRE TEOREMLERİNİN UYGULANMASI DENEY SORUMLUSU Arş. Gör. Şaban ULUS Şubat 2014 KAYSERİ

Detaylı

9. ÜNİTE OHM KANUNU KONULAR

9. ÜNİTE OHM KANUNU KONULAR 9. ÜNİTE OHM KANUNU KONULAR 1. FORMÜLÜ 2. SABİT DİRENÇTE, AKIM VE GERİLİM ARASINDAKİ BAĞINTI 3. SABİT GERİLİMDE, AKIM VE DİRENÇ ARASINDAKİ BAĞINTI 4. OHM KANUNUYLA İLGİLİ ÖRNEK VE PROBLEMLER 9.1 FORMÜLÜ

Detaylı

T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OLDUKÇA GENİŞ BANTLI YÖNSÜZ MİKROŞERİT DİPOL ANTEN TASARIM ANALİZ VE GERÇEKLEMESİ EREN AKKAYA

T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OLDUKÇA GENİŞ BANTLI YÖNSÜZ MİKROŞERİT DİPOL ANTEN TASARIM ANALİZ VE GERÇEKLEMESİ EREN AKKAYA T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OLDUKÇA GENİŞ BANTLI YÖNSÜZ MİKROŞERİT DİPOL ANTEN TASARIM ANALİZ VE GERÇEKLEMESİ EREN AKKAYA YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ

Detaylı

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI 1) Gerilmiş bir ipte enine titreşimler denklemi ile tanımlıdır. Değişkenlerine ayırma yöntemiyle çözüm yapıldığında için [ ] [ ] ifadesi verilmiştir. 1.a) İpin enine titreşimlerinin n.ci modunu tanımlayan

Detaylı

KAÇAK ELEKTRİK KULLANIMININ UYUMLULUK YÖNTEMİ İLE BELİRLENMESİ. Yrd. Doç. Dr. Köksal ERENTÜRK

KAÇAK ELEKTRİK KULLANIMININ UYUMLULUK YÖNTEMİ İLE BELİRLENMESİ. Yrd. Doç. Dr. Köksal ERENTÜRK KAÇAK ELEKTRİK KULLANIMININ ELEKTROMANYETİK UYUMLULUK YÖNTEMİ İLE BELİRLENMESİ Yrd. Doç. Dr. Köksal ERENTÜRK Erzurum 2007 İÇERİK Bölgesel inceleme FACTS sistemler Elektromanyetik uyumluluk Kaçak kullanımda

Detaylı

UHF RFID SİSTEMLERİ İÇİN DOĞRUDAN VE KUPLAJ BAĞLANTILI SİMETRİK MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI VE GERÇEKLENMESİ

UHF RFID SİSTEMLERİ İÇİN DOĞRUDAN VE KUPLAJ BAĞLANTILI SİMETRİK MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI VE GERÇEKLENMESİ UHF RFID SİSTEMLERİ İÇİN DOĞRUDAN VE KUPLAJ BAĞLANTILI SİMETRİK MİKROŞERİT ANTEN TASARIMI VE GERÇEKLENMESİ Mehmet Ali BELEN 1 Mehmet Fatih ÇAĞLAR Adnan KAYA 3 Elektronik Haberleşme Mühendisliği Bölümü

Detaylı

Elektrik Devre Lab

Elektrik Devre Lab 2010-2011 Elektrik Devre Lab. 2 09.03.2011 Elektronik sistemlerde işlenecek sinyallerin hemen hepsi düşük genlikli, yani zayıf sinyallerdir. Elektronik sistemlerin pek çoğunda da yeterli derecede yükseltilmiş

Detaylı

olduğundan A ve B sabitleri sınır koşullarından

olduğundan A ve B sabitleri sınır koşullarından TEMEL ELEKTROT SİSTEMLERİ Eş Merkezli Küresel Elektrot Sistemi Merkezleri aynı, aralarında dielektrik madde bulunan iki küreden oluşur. Elektrik Alanı ve Potansiyel Yarıçapları ve ve elektrotlarına uygulanan

Detaylı

KABLOSUZ İLETİŞİM

KABLOSUZ İLETİŞİM KABLOSUZ İLETİŞİM 805540 MODÜLASYON TEKNİKLERİ SAYISAL MODÜLASYON İçerik 3 Sayısal modülasyon Sayısal modülasyon çeşitleri Sayısal modülasyon başarımı Sayısal Modülasyon 4 Analog yerine sayısal modülasyon

Detaylı

AĞ SĠSTEMLERĠ. Öğr. Gör. Durmuş KOÇ

AĞ SĠSTEMLERĠ. Öğr. Gör. Durmuş KOÇ AĞ SĠSTEMLERĠ Öğr. Gör. Durmuş KOÇ Ağ Ġletişimi Bilgi ve iletişim, bilgi paylaşımının giderek önem kazandığı dijital dünyanın önemli kavramları arasındadır. Bilginin farklı kaynaklar arasında transferi,

Detaylı

SİLİNDİRİK ELEKTROT SİSTEMLERİ

SİLİNDİRİK ELEKTROT SİSTEMLERİ EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği SİLİNDİRİK ELEKTROT SİSTEMLERİ YRD.DOÇ. DR. CABBAR VEYSEL BAYSAL ELEKTRIK & ELEKTRONIK YÜK. MÜH. Not: Tüm slaytlar, listelenen ders kaynaklarından alıntı yapılarak ve faydalanılarak

Detaylı

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ OTO4003 OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ LAB. NO:.. DENEY ADI : SES İLETİM KAYBI DENEYİ 2017 BURSA 1) AMAÇ Bir malzemenin

Detaylı

ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER

ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER BÖLÜM 4 A.A. MOTOR SÜRÜCÜLERİ 4.1.ALTERNATİF AKIM MOTORLARININ DENETİMİ Alternatif akım motorlarının, özellikle sincap kafesli ve bilezikli asenkron motorların endüstriyel uygulamalarda kullanımı son yıllarda

Detaylı

Hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistem düşünelim. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu

Hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistem düşünelim. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu Akım ve Direnç Elektriksel olaylarla ilgili buraya kadar yaptığımız tartışmalar durgun yüklerle veya elektrostatikle sınırlı kalmıştır. Şimdi, elektrik yüklerinin hareket halinde olduğu durumları inceleyeceğiz.

Detaylı

YÜKSEK HIZLI DEVRE TASARIMINDA KARŞILAŞILAN GÜÇLÜKLER

YÜKSEK HIZLI DEVRE TASARIMINDA KARŞILAŞILAN GÜÇLÜKLER YÜKSEK HIZLI DEVRE TASARIMINDA KARŞILAŞILAN GÜÇLÜKLER Mumin Gözütok Argenç Ltd, 2010 Güngeçtikçe dijital devrelerin hızları artmakta ve mühendisler her yeni tasarımda daha hızlı devrelerle başetmek zorunda

Detaylı

EMÜ 447 ANTENLER VE MİKRODALGA TEKNİĞİ DERSİ ARAŞTIRMA RAPORU

EMÜ 447 ANTENLER VE MİKRODALGA TEKNİĞİ DERSİ ARAŞTIRMA RAPORU T.C. FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ EMÜ 447 ANTENLER VE MİKRODALGA TEKNİĞİ DERSİ ARAŞTIRMA RAPORU 99220504 99220515 99220521 HAZIRLAYANLAR Alper ALKOÇ

Detaylı

İletim Hatları ve Elektromanyetik Alan. Mustafa KOMUT Gökhan GÜNER

İletim Hatları ve Elektromanyetik Alan. Mustafa KOMUT Gökhan GÜNER İletim Hatları ve Elektromanyetik Alan Mustafa KOMUT Gökhan GÜNER 1 Elektrik Alanı Elektrik alanı, durağan bir yüke etki eden kuvvet (itme-çekme) olarak tanımlanabilir. F parçacık tarafından hissedilen

Detaylı

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 8- AC Devreler. Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt.

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 8- AC Devreler. Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt. ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 8- AC Devreler Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt Ahmet.ozkurt@deu.edu.tr http://ahmetozkurt.net İçerik AC ve DC Empedans RMS değeri Bobin ve kondansatörün

Detaylı

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME Deney No:1 Amaç: Osiloskop kullanarak AC gerilimin genlik periyot ve frekans değerlerinin ölçmesi Gerekli Ekipmanlar: AC Güç Kaynağı, Osiloskop, 2 tane 1k

Detaylı

BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM

BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM Hafta 7: BİLGİSAYAR AĞLARI VE İLETİŞİM 1. Kablosuz Ağ Temelleri 2. Kablosuz Bir Ağın Kurulumu 1. Kablosuz Ağ Kurulum Bileşenleri 2. Kablosuz Ağ Destek Araçları 3. Kablosuz Ağ Yapılandırması 1. Kablosuz

Detaylı

BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR

BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR BÖLÜM 1 TEMEL KAVRAMLAR Bölümün Amacı Öğrenci, Analog haberleşmeye kıyasla sayısal iletişimin temel ilkelerini ve sayısal haberleşmede geçen temel kavramları öğrenecek ve örnekleme teoremini anlayabilecektir.

Detaylı

5. Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülebilen Değerleri

5. Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülebilen Değerleri Elektrik devrelerinde ölçülebilen büyüklükler olan; 5. Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülebilen Değerleri Akım Gerilim Devrede bulunan kaynakların tiplerine göre değişik şekillerde olabilir. Zamana bağlı

Detaylı

19 ve 29 cmlik PONCEBLOC HAFİF YAPI ELEMANI SES AZALMA İNDİSİ ÖLÇÜMÜ ÖN RAPORU

19 ve 29 cmlik PONCEBLOC HAFİF YAPI ELEMANI SES AZALMA İNDİSİ ÖLÇÜMÜ ÖN RAPORU 19 ve 29 cmlik PONCEBLOC HAFİF YAPI ELEMANI SES AZALMA İNDİSİ ÖLÇÜMÜ ÖN RAPORU HAZIRLAYAN : Y.DOÇ. DR. NURGÜN TAMER BAYAZIT İTÜ MİMARLIK FAKÜLTESİ YAPI BİLGİSİ ABD TAŞKIŞLA TAKSİM-34437 İST TEMMUZ, 2014

Detaylı

WLAN Kanalları İçin Bant Durduran Frekans Seçici Yüzey Tasarımı

WLAN Kanalları İçin Bant Durduran Frekans Seçici Yüzey Tasarımı WLAN Kanalları İçin Bant Durduran Frekans Seçici Yüzey Tasarımı 1 İfakat Merve Bayraktar, 2 Nursel Akçam ve 2 Funda Ergün Yardım 1 Gümrük ve Ticaret Bakanlığı, Ankara, Türkiye 2 Gazi Üniversitesi, Ankara,

Detaylı

ELEKTRONİK DEVRE TASARIM LABORATUARI-I MOSFET YARI İLETKEN DEVRE ELEMANININ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

ELEKTRONİK DEVRE TASARIM LABORATUARI-I MOSFET YARI İLETKEN DEVRE ELEMANININ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ELEKTRONİK DEVRE TASARIM LABORATUARI-I MOSFET YARI İLETKEN DEVRE ELEMANININ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ Yrd. Doç. Dr. Özhan ÖZKAN MOSFET: Metal-Oksit Yarıiletken Alan Etkili Transistor (Geçidi Yalıtılmış

Detaylı

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Mühendislik Mekaniği Statik Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Bölüm 10 Eylemsizlik Momentleri Kaynak: Mühendislik Mekaniği: Statik, R. C.Hibbeler, S. C. Fan, Çevirenler: A. Soyuçok, Ö. Soyuçok. 10. Eylemsizlik Momentleri

Detaylı

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü ÖLÇME TEKNİĞİ 9. HAFTA

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü ÖLÇME TEKNİĞİ 9. HAFTA A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü ÖLÇME TEKNİĞİ 9. HAFTA İÇİNDEKİLER Güç Çeşitleri ve Ölçümü Güç Çeşitleri Görünür Güç ve Hesaplaması Aktif Güç Aktif güç tüketen tüketiciler GÜÇ ÇEŞİTLERİ VE ÖLÇÜMÜ

Detaylı

Alternatif Akım Devre Analizi

Alternatif Akım Devre Analizi Alternatif Akım Devre Analizi Öğr.Gör. Emre ÖZER Alternatif Akımın Tanımı Zamaniçerisindeyönüveşiddeti belli bir düzen içerisinde (periyodik) değişen akıma alternatif akımdenir. En bilinen alternatif akım

Detaylı

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa Eleco 214 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 27 29 Kasım 214, Bursa Davlumbazlarda Kullanılan Tek Fazlı Sürekli Kondansatörlü Asenkron Motor Analizi Analysis of a Permanent

Detaylı

Kızılötesi. Doğrudan alınan güneşışığı %47 kızılötesi, %46 görünür ışık ve %7 morötesi ışınımdan oluşur.

Kızılötesi. Doğrudan alınan güneşışığı %47 kızılötesi, %46 görünür ışık ve %7 morötesi ışınımdan oluşur. Kızılötesi Kızılötesi (IR: Infrared), nispeten daha düşük seviyeli bir enerji olup duvar veya diğer nesnelerden geçemez. Radyo frekanslarıyla değil ışık darbeleriyle çalışır. Bu nedenle veri iletiminin

Detaylı

Doğrudan Dizi Geniş Spektrumlu Sistemler Tespit & Karıştırma

Doğrudan Dizi Geniş Spektrumlu Sistemler Tespit & Karıştırma Doğrudan Dizi Geniş Spektrumlu Sistemler Tespit & Karıştırma Dr. Serkan AKSOY Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Elektronik Mühendisliği Bölümü saksoy@gyte.edu.tr Geniş Spektrumlu Sistemler Geniş Spektrumlu

Detaylı

Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü

Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü ESM 413 Enerji Sistemleri Laboratuvarı-II RL, RC ve RLC DEVRELERİNİN AC ANALİZİ Puanlandırma Sistemi: Hazırlık Soruları:

Detaylı

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar Prof. Dr. İrfan KAYMAZ Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Giriş Bu bölüm sonunda öğreneceğiniz konular: Eksenel yataklama türleri Yatak malzemeleri Hidrodinamik

Detaylı

Kablosuz Ağlar (WLAN)

Kablosuz Ağlar (WLAN) Kablosuz Ağlar (WLAN) Kablosuz LAN Kablosuz iletişim teknolojisi, en basit tanımıyla, noktadan noktaya veya bir ağ yapısı şeklinde bağlantı sağlayan bir teknolojidir. Bu açıdan bakıldığında kablosuz iletişim

Detaylı

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması

KUTUPLANMA (Polarizasyon) Düzlem elektromanyetik dalgaların kutuplanması KUTUPLANMA (Polarizasyon) Kutuplanma enine dalgaların bir özelliğidir. Ancak burada mekanik dalgaların kutuplanmasını ele almayacağız. Elektromanyetik dalgaların kutuplanmasını inceleyeceğiz. Elektromanyetik

Detaylı